А.Н. Матвеев - Атомная физика (1121290), страница 88
Текст из файла (страница 88)
П о ниями с различным значением полноэтому ее часто называю т холодным го спина запрещены. Н а рис. 99,6свечением.левая потенциальная яма возбужденноЛюминесценция классифицирует го состояния относится к синглетнося по временным характеристикам му состоянию (S = 0), а правая - к трисвечения, по типу возбуждения и по плетному (S = 1). М олекула, находямеханизму преобразования энергии.щаяся в основном синглетном состоПо длительности свечения разли янии, поглощ ает фотон и переходит вчаю т быстро затухаю щ ую люминес возбужденное синглетное состояние.ценцию, называемую флуоресценцией,При столкновении с другими м о§ 64.
Электронные спектры молекул 329лекулами она может потерять частьэнергии и перейти на более низкиеколебательные уровни того же синглетного электронного состояния 7,энергия которого может оказатьсяпримерно равной энергии соответствующего возбужденного триплетного состояния 2.
При такой ситуацииимеется заметная вероятность перехода системы из синглетного возбужденного состояния в триплетное. Оставаясь в триплетном возбужденномсостоянии, молекула в результатестолкновений теряет энергию и переходит на основной колебательныйуровень п = 0. Дальш е она не сможетсовершить электронный переход в основное состояние с излучением фотона, потому что основное состояниесинглетное, а электронный переход сизменением полного спина запрещен.Запрет этот с учетом различного родавзаимодействий не абсолютен.
П рактически запрет означает, что вероятность перехода очень м ала и поэтомувремя 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 различаю тфотолюминесценцию (возбуждение светом), радиолюминесценцию (возбуждение проникающей радиацией), электролюминесценцию (возбуждение электрическим полем), триболюминесценцию (возбуждение при механическихвоздействиях), хемилюминесценцию (возбуждение при химических реакциях).К радиолюминесценции относятсярентгенолюминесценция, катодолю минесценция, ионолюминесценция, алюминесценция.По механизму преобразованияэнергии различаю т резонансную, спонтанную, вынужденную и рекомбинационную люминесценцию.
Эти механизмы отличаются друг от друга характером перехода молекулы с уровня первоначального возбуждения науровень, с которого происходит переход с излучением кванта. Если первоначальный уровень возбуждения иуровень излучения принадлежат одной и той же молекуле (атому), толюминесценция называется спонтанной (рис. 99, а). В этом случае молекула (атом) называется центром люминесценции, а переход -внутрицентровым. Если уровни первоначальноговозбуждения и излучения совпадают,то люминесценция называется резонансной.
Ясно, что в этом случае энергия испущенного кванта равна энергии поглощенного. При спонтаннойлюминесценции в большинстве случаев энергия испущенного квантаменьше энергии поглощенного. Такаялюминесценция называется стоксовой. Однако в достаточно больш омчисле случаев осуществляется антистоксова люминесценция, когда послевозбуждения в результате столкновений происходит увеличение колебательной энергии молекулы, т. е. еепереходы по колебательным уровнямвозбужденного состояния не вниз, какизображено на рис.
99,а, а вверх. Врезультате уровень излучения оказывается выше первоначального уровнявозбуждения и энергия испущенногок в ан та-б о л ьш е энергии поглощенного. Однако интенсивность антистоксова излучения мала по сравнениюс интенсивностью стоксова излучения, поскольку в соответствии с распределением Больцмана концентрация молекул с увеличением их энергии быстро (экспоненциально) убывает.330 12 МолекулыЕсли в процессе перехода от уровня первоначального возбуждения м олекула попадает на метастабильныйуровень, то люминесценция резкоуменьшается.
Ч тобы ее стимулировать, бывает необходимым сообщ итьмолекуле некоторую энергию, например в виде кванта света, в результатечего молекула переходит на уровеньизлучения и возникает люминесценция. Такая люминесценция называется вынужденной или метастабильной.Задачи12.1.12.2.12.3.12.4.12.5.12.6.12.7.12.8.12.9.12.10.Оценить угловую скорость вращения молекулы азота при Т = 600 К, если расстояниемежду атом ам и в молекуле равно 1,7-10 10 м.Расстояние между ядрами в молекуле водорода Л = 0 ,7 5 - 1 0 '10 м. Собственная частотаколебаний молекулы водорода ю = 0,8 • 1015 с -1 .
Оценить энергию первого вращ ательногоуровня молекулы водорода и разность энергий между колебательными уровнями.И сходя из результатов предыдущей задачи, подсчитать, при какой температуре должнопрекратиться вращение молекул водорода и при какой температуре начинают возбуж даться колебания.Расстояние между атом ам и в молекуле Csl равно 0,331 нм. Н айти приведенную массу имомент инерции молекулы.М омент инерции молекулы Н 79Вг равен 3 ,3 -10“ 47 к г м 3.
Н айти расстояние между ядрамии энергию третьего вращ ательного уровня.О тносительное движение протона и нейтрона в дейтроне можно представить как движениечастицы с приведенной массой ц = mp тп/(т + т„) в потенциальной яме вида Е п (х) == оо (х < 0); Е п (х) = —Еп0 < 0 (0 < х < а); Е?п (х) = 0 (х > а). Дейтрон может находитьсялиш ь в одном связанном состоянии с энергией —2,22 МэВ. Считая, что й = 2 -1 0 “ 15 м ,найти Еп0.Расстояние между последовательными линиями спектра поглощения молекулы 1Н 35С1составляет 20,68 с м ' 1.
Чему равно соответствующее расстояние для линий спектра 2Н 35С1?Массы 1Н, 2Н и 35С1 равны соответственно 1,007825; 2,014102 и 34,96885 а. е. м.(1,6• 10“ 27 кг).Чему равны (в с м -1 ) первые три линии вращ ательного спектра молекулы 127135С1, еслирасстояние между ядрами 0,232 нм, а массы 1271 и 35С1 равны соответственно 126,9044 и34,96885 а. е.
м.Чему равны жесткости молекул водорода Н 2 и дейтерия D 2, если известно, что наблю даемые колебательные волновые числа для этих молекул равны 4159,2 и 2990,3 с м -1 соответственно.Рассчитать жесткости молекул СО и N O , если колебательные волновые числа для нихравны 2143,3 и 1876,0 с м -1 соответственно.Ответы12.1. 1013 с - 1 . 12.2. 7• 10“ 3 эВ; 0,5 эВ. 12.3. 50 К; 6000 К. 12.4. 1,75 1 0 '27 кг; 7,7- 1 0 '34 кг м 2.12.5. 0,143 нм; 2,1 ■1C*2 эВ. 12.6. 37 МэВ. 12.7. 10,64 с м ' 1. 12.8.
0,228 с м ' 1; 0,457 с м ' 1;0,685 с м ' 1. 12.9. 5,1360- Ю3 Н/м; 5,3056- 1 0 '3 Н /м. 12.10. 18 56- 103 Н /м ; 15,48 хх 103 Н /м.65Типы связи в кристаллах13----------------------------------ЭЛЕКТРОННЫЕСВОЙСТВА66--------------------------------Т В Е Р Д Ы Х ТЕЛО сновны е понятиязонной теории твердых тел67П ереход м е т а л л -м е т а л л68П олупроводники69р-/7-переходы и транзисторы70С верхпроводим остьП одэлектронными свойствами твердых тел понимают такие свойства, которыеопределяютсяэнергетическимспектром электронов или существенно зависят от него. Поэтомуглавной теоретической и экпериментальной задачей при изученииэлектронных свойств твердых телявляется определение энергетического спектра электронов и характеристик электронных состояний.332 13. Э лектронны е свойства твердых тел65.
Типы связи в кристаллахОписываются типы связи в кристаллах.Возникновение кристаллической структуры. Твердое состояние возникаетпри столь сильном взаимодействиимежду молекулами (атомами илиионами), что тепловое движение м олекул не играет роли, т. е. когда энергия связи молекул значительно больше кинетической энергии их теплового движения.
Равновесное устойчивоерасположение молекул друг относительно друга достигается при минимуме свободной энергии.Если условия равновесия выполнены в некоторой области пространства, то они должны быть выполненыи в других областях пространства и,следовательно, должны обусловитьаналогичное расположение молекул вдругой области пространства. Э то означает, что взаимное расположениемолекул повторяется при переходе изодних областей пространства в другие, т.е. возникает периодическаяструктура твердых тел. Она реализуется в виде кристаллической решетки, а сами твердые тела являю тсякристаллами.Точки равновесного положениясоставляющ их кристалл атом ов, м олекул или ионов называю тся узлам икристаллической решетки.
Наличиекристаллической решетки - наиболееважный признак твердого тела.Однако в повседневной жизни человека кристаллические твердые теласоставляю т лишь часть твердых тел, скоторыми он имеет дело. Например,растительные и животные ткани (древесина, кожа, шерсть, хлопок и т.д .),целлю лоза, стекло и стекловолокно,каучук, пластмассы и громадное число других повседневно используемыхматериалов не относятся конкретно ккристаллическим твердым телам, хотя по своим механическим свойствам(сохранение формы и объема) онитвердые тела.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
