А.Н. Матвеев - Атомная физика (1120551), страница 89
Текст из файла (страница 89)
Благодари этому спектры молекул получили название полосатых. Электронный переход в молекула совершается при постоянном расстоянии между молекулами и происходит лищь между теми участками колебательных уровней, которые на схеме энергетических уровней находятся на одной вертикали, а вероятность перехода определяется произведением вероятностей пребывания молекулы на соответствующих участках колебательных уровней. 1Чг1~ на уровне и = О основного состояния молекулы лежит примерно на одной вертикали с максимумом ~ Чг1~ колебательного состояния и = 1 возбужденного электронного состояния молекулы, находящимся вблизи левой границы потенциальной ямы.
Поэтому наибольшей вероятностью обладает переход с п = О на л = 1. Переходы на уровни с и = 2, 3, ... также возможны, но они дают более слабые линии поглощения. На рис. 98,в изображена ситуация, когда вертикальная линия из основного состояния молекулы с п = О пересекает потенциальную кривую возбужденного состояния в точке, которой не соответствует никакое связанное состояние. Это означает, что электронный переход с болыпой вероятностью сопровождается диссоциацией молекулы.
Предиссоцвация. Если потенциальные кривые различных возбужденных состояний пересекаются, причем одна из них имеет минимум и описывае~ связанное состояние, а вторая не имеет минимума и описывает несвязанное состояние, то возможно интересное явление, называемое предиссопиггпией. Такая ситуация показана на рис. 98,г. Переход из основного состояния 1 с п = О на уровень И возбужденного электронного состояния 2 (рис.
98,г) приводит к последующему переходу молекулы без изменения энергии в нестабильное состояние и диссоциации. Переход же молекулы на более высокие уровни е, 1' и т.д, в большинстве случаев, когда в точках пересечения потенциальной кривой несвязанных состояний 3 с уровнем энергии связанного состояния значение ~Чг1~ мало, не приводит к диссоциации молекулы. 32В 12. Мопекупв1 Е~,о, . Е$ Схемы возникновения флуоресценции (а) и фосфорссценции ф) Люминесценция. При переходе молекулы из возбужденного состояния в основное излучается квант света. Люминесценцией называется такое излучение, при котором промежуток времени между поглощением кванта света, возбудившим молекулу, и испусканием кванта света в результате обратного перехода молекулы в основное состояние больше периода колебаний световой волны.
Между поглощением и непусканием кванта происходят промежуточные процессы, длительность которых превосходит период колебаний световой волны. Этим люминесценция отличается от различных видов рассеяния. Люминесценция может наблюдаться при любой температуре. Поэтому ее часто называют холодным свечением. Люминесценции классифицируется по временным характеристикам свечения, по типу возбуждения и гю механизму преобразования энергии. По длительности свечения различают быстро затухающую люминесценцию, называемую флуоресценцией, и длительную люминесценцию, называемую фосфоресценцией.
Различие в их длительности обусловлено продолжительностью внутримолекулярных процессов, протекающих между моментом возбуждения молекулы и испусканием кванта света. Это деление условное и строгой временной границы между ними нет. На рис. 99,а изображена схема переходов при флуоресценции. В результате возбуждения молекула переходит на возбужденный уровень. За время жизни на этом уровне она может в результате столкновения с другими молекулами отдать часть своей колебательной энергии, оставаясь в возбужденном состоянии. В результате этого она опустится на более низкий колебательный уровень и лишь из него совершит переход в нижнее электронное состояние с испусканием фотона.
Энергия испущенного фотона в случае, изображенном на рис. 98,а меньше чем квант возбуждения. Разность энергий в процессе спуска молекулы по колебательным уровням превращается в тепло. Продолжительность флуоресценции в этом случае имеет порядок времени жизни молекулы в возбужденном состоянии. В большинстве случаев это время достаточно мало. На рис. 99,6 изображена ситуация, приводящая к фосфоресценции. В молекулах, так же как и в атомах, переходы между электронными состояниями с различным значением полного спина запрещены. На рис. 99,б левая потенциальная яма возбужденного состояния относится к синглетному состоянию (5 = О), а правая †триплетному (5 = 1). Молекула, находящаяся в основном синглетном состоянии, поглощает фотон и переходит в возбужденное синглетное состояние.
При столкновении с другими мо- з 64 Эпектронные спектры мопекуп лекулами она может потерять часть энергии и перейти на более низкие колебательные уровни того же синглетного электронного состояния 1, энергия которого может оказаться примерно равной энергии соответствующего возбужденного триплетного состояния 2.
При такой ситуации имеется заметная вероятность перехода системы из синглетного возбужденного состояния в триплетное. Оставаясь в триплетном возбужденном состоянии, молекула в результате столкновений теряет энергию и переходит на основной колебательный уровень п = О. Далыпе она не сможет совершить электронный переход в основное состояние с излучением фотона, потому что основное состояние синглетное, а электронный переход с изменением полного спина запрещен. Запрет этот с учетом различного рода взаимодействий не абсолютен. Практически запрет означает, что вероятность перехода очень мала и поэтому время жизни возбужденного состояния очень велико. Интервал времени между поглощением фотона, возбудившего молекулу, и испусканием фотона в результате описанного процесса может составлять секунды, минуты и даже часы.
Это явление называется фосфоресценцией. По типу возбуждения различают фотолюминесценцию (возбуждение светом)„радиолю иинесценцию (возбуждение проникающей радиацией), электролюминесценцию (возбуждение электрическим полем), триболюминесценцию (возбуждение при механических воздействиях), хеиилюминесцепцию (возбуждение при химических реакциях). К радиолюминесценции относятся рентгенолюминесценция, катодолюминесценция, ионолюминесценция, алюминесценция, По механизму преобразования энергии различают резонансную, спонтанную, вынужденную и рекомбинациоин)но люминесцейцию.
Эти механизмы отличаются друг от друга характером перехода молекулы с уровня первоначального возбуждения на уровень, с которого происходит переход с излучением кванта. Если первоначальный уровень возбуждения и уровень излучения принадлежат одной и той же молекуле (атому), то люминесценция называется снонтанной (рис. 99,а).
В этом случае молекула (атом) называется центро.и люминесценции, а переход-внутрицентровым. Если уровни первоначального возбуждения и излучения совпадают, то люминесценция называется резонансной. Ясно, что в этом случае энергия испущенного кванта равна энергии поглощенного. При спонтанной люминесценции в большинстве случаев энергия испущенного кванта меньше энергии поглощенного. Такая люминесценция называется стоксовой. Однако в достаточно большом числе случаев осуществляется антистоксова люминесценция, когда после возбуждения в результате столкновений происходит увеличение колебательной энергии молекулы, т.е.
ее переходы по колебательным уровням возбужденного состояния не вниз, как изображено на рис, 99,а, а вверх. В результате уровень излучения оказывается выше первоначального уровня возбуждения и энергия испущенного кванта — больше энергии поглощенного. Однако интенсивность антистоксова излучения мала по сравнению с интенсивностью стоксова излучения, поскольку в соответствии с распределением Больцмана концентрация молекул с увеличением их энергии быстро (экспоненциально) убываег.
330 12 Молекулы Если в процессе перехода от уровня первоначального возбуждения молекула попадает на метастабильный уровень, то люминесценция резко уменьшается. Чтобы ее стимулировать, бывает необходимым сообщить молекуле некоторую энергию, например в виде кванта света, в результате чего молекула переходит на уровень излучения и возникает люминесценция. Такая люминесценция называется вынужденной или метастабильной. Задачи Ответы 12.1. !О' с '. 12.2.
7.10 ' эВ: 0,5 эВ.!2ив 50 К, 6000 К. 12.4. 1,75 !О -'" кг; 7,7 !О '~ кг.мз. 12.5. 0,143 нм; 2.1 10 -" эВ. 12.6. 37 МэВ. 12.7. 10,64 ем '. 12.8. 0,228 см '; 0.457 см 0685 см '. 129. 5,!360 !О Н/м; 5 3056.10 з Н/м. !2.!О. 18 56 1О Нбм; 1548 х х 1О Н/м. 12.1. Оценить угловую скорость вращения молекулы азота при Т= 600 К, если расстояние между атомами в молекуле равно 1,7 !О 'е м. 12,2„Расстояние между ядрами в молекуле водорода Я = 0,75 10 'с м.
Собственная частота колебаний молекулы водорода аэ = 0,8 10" с '. Оценить энергию первого вращательного уровня молекулы водорода и разность энергий между колебательными уровнями. 12,3, Исходя из результатов предыдушей задачи, подсчитать, при какой температуре должно прекратиться вращение молекул водорода и при какой температуре начинают возбуждаться колебания. 12,4. Расстояние между атомами в молекуле Сз1 равна 0,331 нм. Найти приведенную массу и момент инерции молекулы. !2,5. Момент инердии молекулы НтчВг равен 3,3 10 4' кг мз. Найти расстояние между ядрами и энергию третьего вращательного уровня. 12,6, Относительное движение протона и нейтрона в дейтроие можно представить как движение частицы с приведенной массой р = гарм„))мр 6 ги„) в потенциальной яме вида е,!х) = = са )х < 0); Е„)х) = — Е„с с 0 )О с х < и); Ь„)х) = О !х > и).
Дейтран может находиться лишь в одном связанном состоянии с энергией -2,22 МэВ. Считая, что и = 2 10 " м, найти Е.о. 12,7. Расстояйие между последовательными линиями спектра поглощения молекулы 'Нэ'С! составляет 20,68 см '. Чему равно соответствующее расстояние для линий спектра 'Нэ'С17 Массы 'Н, эН и э'С! равны соответственно 1,007825; 2,014102 и 34,96885 а. е. м. (1,6 !О '" кг).
12.8. Чему равны )в см ') первые три линии вращательного спектра молекулы ""1"С1, если расстояние между ядрами 0,232 нм, а массы "'! и 'зС! равны соответственно 126,9044 и 34,96885 а. е,м 12.9. Чему равны жесткости молекул водорода Н, и лейгерия О,, если известно, что наблюдаемые колебательные волновые числа для этйх молскуя равны 4159,2 и 2990,3 см ' соответственно. !2,10.
Рассчитать жесткости молекул СО и ХО, если колебательные волновые числа для них раним 2!43,3 и !876,0 см ' соответственно. 68 Полупроводники 70 Сверхпроводимость Типы связи в кристаллах Основные понятия зонной теории твердых тел Переход металл . металл р-л-переходы и транзисторы ЭЛ ЕКТРОН Н Ы Е СВОЙСТВА ТВЕРДЫХ ТЕЛ П од электронными свойствами твердых тел понимают такие свойства, которые определяются энергетическим спектром электронов или существенно зависят от него. Поэтому главной теоретической и экпериментальной задачей при изучении электронных свойств твердых тел является определение энергетического спектра электронов и характеристик электронных состояний. 332 13. Электронные свойства твеРдых тел 65.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
