1.2 Поглинання електромагнітного випромінювання однорідними системами

Електромагнітне випромінювання має властивості як хвильового руху, так і потоку часток, тобто електромагнітні кванти представляють елементарними частками, що не мають маси спокою (фотонами), які мають імпульс p = h/.

Процес поглинання фотонів якою-небудь системою, що складається із атомів або молекул, може бути представлений наступним чином. Внутрішня енергія молекул складається в основному з енергії обертання молекули як цілого, енергії коливання ядер один відносно одного і енергії руху електронів, що знаходяться в електростатичному полі атомних ядер. Тому загальна енергія молекули, може бути представлена як сума цих енергій:

Е = Е_эл + Е_кол + Е_вр (6)

При цьому найменшою виявляється енергія обертання Е_об молекул, дещо більшою - енергія коливання ядер Е_кол і найбільшою - енергія електронних переходів Е_ел. Співвідношення між цими видами енергії, приблизно, наступне: Е_ел:Е_кол:Е_об= 1000: 100: 1.

Для молекули, так само як і для атома, строго визначені допустимі значення енергії стаціонарних станів Е₀, Е₁, Е₂ і так далі. Найбільш низький рівень енергії відповідає основному стану атома або молекули, інші збудженим станам.

Якщо немає дії на атоми або молекули, яке переводить їх у збуджений стан, то вони усі виявляються на найнижчому, основнішому рівні (Е₀), який і є початковим рівнем усіх ліній поглинання. Якщо молекула поглинає випромінювання, то її енергія підвищується і відбувається перехід із нижчого енергетичного рівня на більш високий.

Для здійснення процесу поглинання необхідно, щоб енергія випромінювання дорівнювала різниці енергій станів молекули:

?Е = Е₁ - Е₀ (7)

Зростання енергії при цьому дорівнює енергії поглиненого фотона.

?Е =h = , (8)

де h - постійна Планка, - частота випромінювання(с^-1), - довжина хвилі(нм), с - швидкість світла(м/с).

Схема енергетичних рівнів і переходів приведена на рис. 1.3

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Під час переходу системи з одного стаціонарного стану в інший виникають спектри. Спектр - це послідовність квантів енергії електромагнітних коливань, поглинених атомів або молекул, що виділилися або розсіяних при численних переходах, із одних енергетичних станів в інші.

При повідомленні молекули невеликих кількостей енергії (енергія квантів близько 0,125 1,25 кДж/моль) збуджується лише її обертальний стан. При переходах між різними обертальними станами виникає обертальний спектр, що складається із окремих ліній. Обертальним переходам в молекули відповідають випромінювання в далекій інфрачервоній області спектру. При виникненні цих спектрів зважаючи на крихту енергетичних змін в молекулі не виникає ні коливальних, ні електронних переходів [5].

При повідомленні молекули великих кількостей енергії зміна коливальної енергії супроводжується у більшості випадків і зміною обертальної енергії, при цьому виникає коливально - обертальний спектр, що складається з окремих смуг. Коливальним переходам відповідає випромінювання в середній і ближній інфрачервоній області спектру.

При повідомленні молекули ще більшої енергії (енергія квантів близько десятка і сотень кДж/моль) може бути змінена її електронна конфігурація, тобто молекула може бути приведена у збуджений стан. У збудженому стані молекула також може здійснювати коливання і обертатися. Усе це відбивається на спектрі, який показує сукупність усіх видів енергетичних змін у молекулах. Такий спектр, що складається з усіх видів енергетичних змін в молекулах називається електронний, - коливально - обертальним або електронним. Для збудження електронних рівнів потрібні випромінювання ультрафіолетового і видимого ділянок електромагнітного спектру [6].

Основним методом, що дозволяє досліджувати електронні переходи, що виникають в однорідних розчинах і газах при дії видимого і ультрафіолетового випромінювання являється спектрометрія. Метод ґрунтується на принципі існування пропорційної залежності між світлопоглинанням і концентрацією поглинаючої речовини [7].

2. Атомна спектроскопія поглинання