yavor2 (553175), страница 75

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 75)

С. Ландсберг язучали спектральный состав света, рассеянного кристаллами кварца. Они впервые обнаружилн, что наряду с частотой ч„равной частоте света, падающего на кристалл, в рассеянном свете имеется ряд других частот, меньших и больших, чем чь. Это явление было названо комбинационным рассеянием сеепга. Одновременно это же явление открыли индийские ученые Раман н Кришнан, изучая рассеяние света жидкостями. Раман опубликовал свою работу в журнале «Ха(цге» раньше, чем Мандельштам и Ландсберг, и поэтому спектры комбинационного рассеяния иногда называют раман-спектрами.

2. В спектре комбинационного рассеяния наблюдаются дге группы спектральных линий. Линии с частотами т,— т„те — ч» и т. д., меньшими, чем частота падающего света, называются красиогма спутника»ги. Смысл названия в том, что эти спектральные линии имеют большие длины волн, чем длина волны падающего света и,„ они сдвинуты в красную сторону по шкале электромагнитных волн. Вторую группу спектральных линий составляют фиояегповые спугпяики. Эти линии имеют частоты т»+т„че+т» и т. д., большие, чем частота и,.

Их длины волн меньше, чем ).„т. е. они сдвинуты в фиолетовую часть спектра по отношению к Х». Выяснилось, что все частоты т„т, и т. д. не зависят от частоты и, падающего света и являются характерными для вещества, рассеивающего свет. Опыты показали, что фиолетовые спутники имеют интенсивности меньшие, чем красные. Кроме того, с повышением температуры интенсивность фиолетовых спутников возрастает, а у красных спутников этого не обнаружилось — их интенсивность практически не зависит от температуры. Квантовая физика атомов и молекул и квантовые представления о природе света позволили просто объяснить явление комбинационного рассеяния света *). 3.

Предположим, что на вещество падает фотон с энергией йч„ где и„ вЂ” частота света. Молекулы вещества, как известно (9 74.4), могут находиться на различных колебательных энергетических уровнях. Пусть энергии этих уровней равны соответственно 8„ 8» и т. Д., пРичем 4', ( 8» и т. Д. УРовень б.г ЯвлЯетсЯ основньш, невозбужденным; г»б. = 8» — яуг есть разность энергий ближайших колебательных уровней. Падающий фотон может передать молекуле, находящейся на уровне 4'„энергию с»4', необходимую для перевода молекулы на возбужденный уровень с энергией 4',. Тогда энергия самого фотона у.исньшитсл на г»8 и будет равна (79, 1) йч =- йч» — й8. В свете, который будет рассеян веществом, появится частота ч,равная — — — где — » г = » и (79.2) Частота т будет одним из красных спутников.

Молекула может быть переведена и на более высокие колебательные ) ровни с энергиями й'„8, и т, д. Необходимая для этого энергия будет заимствоваться у падающего света. Это приведет к тому, что появятся и другие красные спутники комбинационного рассеяния света, ') Существует и классическая теория этого я»левик. 4. Для того чтобы понять возможность появления фиолетовых спутников комбинационного рассеяння, необходимо вспомнить, что молекулы вещества могут некоторое короткое время находиться в возбужденных состояниях (З 72.8). Пусть молекула находится в одном из возбужденных колебательных состояний на энергетическом уровне с энергией ку„ку, или каком-либо другом.

Под действием кванта с энергией йч,молекула может перейти в нормальное невозбужденное колебательное состояние с энергией 4',. При этом начальная энергия кванта увеличится иа величину Л4' =- б., — 8, и станет равной (79.3) В рассеянном свете появится частота, соответствующая одному нз фиолетовых спутников: (79.4) Переходам в нормальное состояние с более возбужденных состояний 4'„ ку, и т. д. будут соответствовать другие частоты фиолетовых спутников. Отметим, что сдвиг частоты ч, падающего света как в красных, так и в фиолетовых спутниках определяется частотами переходов между колебательными энергетическими уровнями молекулы.

Это значит, что, как правило, сдвиг частот в спутниках при комбинационном рассеянии света совпадает с частотами колебаний в молекулах, лежащими в инфракрасной части спектра. 5. В нормальном колебательном энергетическом состоянии с энергией б-, всегда находится больше молекул, чем в возбужденных состояниях. Поэтому рассеяние кванта йт„, сопровождакицееся переходом молекул наверх, в возбужденные состояния, более вероятно, чем рассеяние на возбужденных молекулах, сопровождающееся переходом вниз, в нормальное состояние. Это значит„что интенсивность красных спутников должна быть больше, чем фиолетовых. При нагревании увеличивается число молекул, находящихся на верхних, возбужденных энергетических уровнях. Следовательно, будет расти и число переходов вниз, в нормальное энергетическое состояние.

Другими словами, с повышением температуры будет возрастать интенсивность фиолетовых спутников. А число молекул, находящихся в нормальном колебательном энергетическом состоянии, при нагревании мало изменяется. Поэтому при повышении температуры интенсивность красных спутников сохраняется практически неизменной. 6. Комбинационное рассеяние света широко используется для изучения собственных частот колебаний в сложных миогоатомных молекулах. Это позволяет изучать состав и структуру сложных молекул. Явление комбинационного рассеяния света используется для количественного спектрального анализа сложных органических соединений и их смесей.

$79.2. Люминесцеиция 1. В гл. 67 мы рассматривали тепловое излучение, которое существ) ет у нагретых тел. Кроме тсплоеого излучения, наблюдается еще один вид излучения, избыточного над тепловым,— так называемая люл4инегце4щия (от латинского (ппз(п(а — свет). В зависимости от того, какая причина вызываст люмннесценцию, различаются: катодолюминесценцня, электролюминесценцня, фотолюмннесценция, хемнлюминесценцня н другие ее виды. При катодолюминесценции свечение вызывается бомбардировкой вещества электронами или другими заряженными частицами. Электролюмннесценция вызывается пропусканием через вещество электрического тока или действием электрического поля.

Источником фотолюа4инссценцип является облучение вещества видимым светом, рентгеновскими плп гамма-лучами Я 81.!О). Некоторые химические реакции в веществе сопровождаются хемилюминесценцией. 2. Причиной всех 4помннесцентных явлений является перевод частиц люмннесцгрующего вещества в возбужденное состояние. Этот перевод осущесзвляется за счет энергии, доставляемой источником, вызывающим появление люминесценции. Центрами люминесценции в твердых телах являются атомы, ионы или группы ионов, находящиеся вблизи дефекта кристаллической решетки. Правильность структуры решетки может быть нарушена либо внедрениел активатора — атома постороннего вещества, либо образованпеч вакансии. Переход возбужденного центра люминесценции в нормальное или менее возбужденное состояние сопровождается исп)- сканием света.

Это и есть люминесцентное свечение вещества. В зависимости от того, как долго центры люминесценции находятся в возбужденном состоянии, люминесцентное свечение будет иметь различную длительность. 3. Обычно в возбужденном состоянии частицы вещества находятся =10 " с (й 72.8). Такая длительность возбужденного состояния характерна для люминесценции, называемой флуорес4(снг(иеи (от латинского Ппог — течение). Для нее характерно время высвечивания центров люминесценции порядка 10 ' — 1О " с.

Флуоресценция наблюдается при облучении светом некоторых жидкостей и газов. Например, керосин под действием дневного света дает слабое голубоватое фотолюминесцентное свечение. Растворы многих красителей под действием ультрафиолетового света, создаваемого ртутной лампой, начинают светиться видимым светом, Иногда возбужденное состояние центров люминесценции сохраняется сравнительно долго: от 10 4 с до минут. Соответственно увеличивается и длительность люминесценции. Люминесцентное свечение, которое сохраняется длительное время после прекращения действия возбудителя свечения, называется фогфоресненцией (от греческого рпоз — свет и рпогоз — несущий).

Фосфоресценция наблюдается у некоторых твердых тел, например у кристаллического порошка сернистого цинка. Если покрыть таким порошком поверх- 340 ность картона, получится фосфоресцирующий экран, сохраняющий люминесцентное свечение в течение нескольких минут после того, как прекратит свое действие источник, вызвавший люминесценцию. Следует указать, что деление явления люминесценции на флуоресценцню н фосфоресценцию является в известной мере условным. Провести точную границу времен длительности обоих видов люминесценции невозможно. 4. Фотолгоминесценция, как правило, возбуждается ультрафиолетовыми лучами или близкими к ним участками спектров электромагнитных волн.

Стоке экспериментально установил, что вегцестео испускает, как правило, свет, имеюи(ий болыауго длину волны, чем сеет, который вылыеаегл явление фотолюлгинесценции (правило Стокса). В квантовой оптике правило Стокса получает простое объяснение иа основе закона сохранения энергии. В самом деле, если на вещество падает свет частоты т, то его фотоны несут энергию ?гт. Каждый фотон частично расходует свою энергию на то, чтобы возникло люминесцентное свечение. Остальная энергия фотона расходуется на различные неоптическпе процессы. Если ч, „, есть частота собственного люминесцентного излучения самого вещества, то по закону сохранения энергии йч=.?гтг.,юм+Л8, или ъ~=ъ„„+(Л81/г), (79.5) где це7 — часть энергии фотона, израсходованная на неоптические процессы.

Как правило, гЛЖ')О и т ч„„„, т. е.? „„„)Л. Это н есть правило Стокса. Иногда правило Стокса нарушается и свет люминесценции имеет меньшую длину волны, чем длина волны возбуждающего излучения (антистоксовое свечение). Это происходит в том случае, когда энергия теплового движения частиц вещества переходит в форму излучения. Тогда к энергии фотона возбуждающего света йч добавляется некоторая энергия глав"., за счет внутренней энергии вещества, н фотон люминесцентного свечения ?гч, „будет иметь ббльшую энергию: ?гч,„„= ?гт =г ггг47„тогда Л, „(Л. 5.

Характеристики

Список файлов книги