Transcript Електромагнитният спектър

Електромагнитно лъчение: природа,
характеристики
• Области на електромагнитния спектър
• Взаимодействие между електромагнитното
лъчение и веществото
• Стационарни състояния и преходи между тях
• Електрооптични свойства на молекулите
• Видове движения в молекулите, вътрешна енергия
• Ширина и форма на спектралните ивици
• Интензитет на спектралните ивици
• Вероятност за преход, подборни правила
• Населеност на енергетичните нива
• Влияние на броя поглъщащи частици. Закон за
абсорбция на светлината
Основни понятия
Електромагнитната вълна
 – дължина на вълната
c – скорост на лъчението
 – честота на лъчението
A – амплитуда на вълната
Основни понятия
 – дължина на вълната;
T – период на трептене;
c – скорост на лъчението;
 = cT
Електромагнитният спектър
Нещо интересно от
Енциклопедия Британика
Области на електромагнитния спектър и
техните характеристики:
Е – енергия;  – честота;  – дължина на вълната;
~ – вълново число
За атомна спектроскопия свитък на доц. Кметов с различни схеми и формули
на адрес http://web.uni-plovdiv.bg/plamenpenchev/kmetov.pdf
Енергетични нива на микросистема и
преходи между тях
E
Видове преходи:
E3
E2

оптични
неоптични
разсейвателни
E1
Атомно-емисионен спектър
тънките линии в спектъра съответстват
на емисия на атоми или моноатомни
йони.
Електрооптични свойства на
молекулите
Диполен момент възниква при несиметрично
разпределение на електричните товари в молекулите
Статичният (собствен) електричен диполен момент се
описва чрез вектор , имащ компоненти по трите оси
на декартовата
координатна система
 = ( x, y, z)
Той зависи от разстоянието между двата товара r и от
заряда z:
=zr
Електрооптични свойства на
молекулите
Способността на атомите и молекулите да се
поляризират в електрично поле и в тях да се индуцира
електричен диполен момент, се характеризира с
параметъра поляризуемост.
Индуцираният диполен момент  ind е пропорционален
на външното електрично поле E
ind =  E
  xx  xy  xz 


    yx  yy  yz 




 zx
zy
zz 
Енергетична диаграма на
двуатомна молекула и
възможните преходи
между електронните,
вибрационните и
ротационните нива.
Er – чисто ротационен
преход
Ev – чисто вибрационен
преход
Ee – електронновибрационно-ротационен
преход
Ширина и форма на спектралните ивици
1. Доплерово разширение – поради движението
на частиците
2. Сблъсък на частиците – води до известно
смущаване на енергетичните им нива
3. Принцип на неопределеността на Хайзенберг
E t  h/2
Ширина и форма на спектралните ивици
Линиите могат да се опишат с
две функции
Гаусова
Лоренцова
A( )  Ae
A( ) 
 (  0 ) 2
1.0
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0.0

A
1   (  0 ) 2
502.00
501.50
501.00
500.50
500.00
Интензитет на спектралните ивици
Вероятността за спонтанни (самопроизволни) преходи
се дава с A-коефициента на Айнщайн
64 3
A ji 
3  ji  ij
3hc
4
2
Вероятността за абсорбционни (принудени)
преходи се дава с B-коефициента на Айнщайн
8
Bij = 2  ij
3h
3
2
Интензитет на спектралните ивици
Вероятността да се извърши преход е пропорционална
на квадрата на матричния елемент на диполния момент
на прехода
 ij    i M jd
Където i и  j са функциите на двете състояния,
между които се извършва прехода, а M e
операторът на собствения електричен диполен
момент на молекулата: M ~ x.
Населеност на енергетичните нива
Законът на Болцман
Nj
Ni
e
E

kT
Nj
Ni
e

E
RT
Където E е енергетичната разлика между двете
нива, а R = NA k
Закон за абсорбция на светлината
Закон на
Буге-Ламберт-Беер
A = lg (I0 / I) = abc = ebC
A - абсорбция на лъчението;
I0 - интензитет на пропуснатата светлина;
I - интензитет на преминалата светлина;
a - абсорбируемост;
b - дебелина на поглъщащия слой;
c - концентрация; C - молярна концентрация;
e - моларна абсорбируемост
Закон на Буге-Ламберт-Беер
I
T  .100 %
Io
Пропускливост
– част (процент) на
преминалото лъчение през
пробата
Io
1
A  lg  lg  abc
T
I
Абсорбция
a – абсорбируемост
b – дебелина на слоя
c - концентрация
A
e
b[cm].c[mol.l -1 ]
Молярна абсорбируемост