Физика для школьников старших классов и поступающих - Яворский Б.М.
ISBN 5-7107-9384-1
Скачать (прямая ссылка):
Б) Комбинационное рассеяние света
1°. Комбинационным рассеянием света называется возникновение в спектре света, рассеянного твердым или жидким
V кол
V кол-враш < U Sa I J V уэл-кол
Колебательные Вращательные Электронные Колебательные уровни уровни уровни уровни
Рис. VI.2.4 Рис. VI.2.5
§ VI.2.5. НЕКОТОРЫЕ ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МОЛЕКУЛ
567
телом, наряду с частотой V0 источника излучения, ряда дискретных смещенных частот Vc и Va. Линия спектра с частотой Vc < Vq называется стоксовой (красной), линия с частотой Va > V0 называется антистоксовой (фиолетовой). Совокупность линий с частотами Vc и Va образует комбинационный спектр молекулы, содержащий красные и фиолетовые спутники частоты V0. Интенсивность фиолетовых спутников меньше интенсивности красных и с повышением температуры возрастает. Интенсивность красных спутников от температуры практически не зависит.
2°. Квантово-механическое объяснение явления комбинационного рассеяния света заключается в анализе взаимодействия фотона падающего света с частотой Vq и молекулы, находящейся на нормальном колебательном энергетическом уровне с энергией W1koji. Если в результате взаимодействия с фотоном молекула будет переведена на более высокий колебательный энергетический уровень с энергией W2koji > Wikoji, то необходимая для этого энергия AW = W2koji - W1koji будет заимствована у падающего света. Фотон с энергией Ziv0 будет поглощен, и вместо него возникнет фотон с меньшей частотой V и энергией, равной hv = hv0 - AW.
В рассеянном свете появится частота Vc, равная
AW
Vc = V0--T-,
соответствующая красному спутнику. При переводе молекулы в различные возбужденные колебательные энергетические состояния возникает вся совокупность красных спутников.
3°. Если молекула, находящаяся на колебательном энергетическом уровне с энергией W2koji, под действием фотона с энергией hvQ перейдет в энергетическое состояние с меньшей энергией W1koji, то в спектре рассеянного света появится фиолетовый спутник с частотой va, равной
AW
Va = V0+ -J-.
где AW — W2tlon — W1koji.
568 ГЛ. VI.2. АТОМЫ, МОЛЕКУЛЫ, ИХ ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
Вероятность комбинационного рассеяния с увеличением частоты меньше, чем вероятность такого же рассеяния с уменьшением частоты. Это связано с тем, что число молекул, находящихся на верхних энергетических уровнях, меньше числа молекул, находящихся на нижних уровнях. Поэтому интенсивность фиолетовых спутников меньше, чем интенсивность красных. С повышением температуры возрастает «заселенность» молекулами верхних энергетических уровней и возрастает интенсивность фиолетовых спутников. Число же молекул, находящихся в нормальном энергетическом состоянии, при нагревании мало изменяется. Поэтому интенсивность красных спутников практически мало меняется при повышении температуры.
В) Понятие о люминесценции.
Рентгеновское излучение
1°. Люминесценцией называется излучение света телами, избыточное над тепловым (V.5.1.10) при той же температуре и имеющее длительность, которая значительно превышает периоды оптического излучения (IV.4.4.3°). В зависимости от способов возбуждения люминесцентного свечения различают: катодолюминесценцию (при бомбардировке вещества электронами), электролюминесценцию (при прохождении электрического тока), фотолюминесценцию (при освещении), хемилю-минесценцию (при химических реакциях). Люминесцирую-щие вещества называются люминофорами.
2°. Люминесцентное излучение является неравновесным (ср. V.5.1.2°) и вызывается сравнительно небольшим числом центров люминесценции — атомов, молекул или ионов, — переходящих в возбужденное состояние под действием источника люминесценции. Возвращение возбужденного центра в нормальное или менее возбужденное состояние сопровождается люминесцентным излучением. Длительность этого излучения определяется длительностью возбужденного состояния, зависящей помимо свойств излучающих центров от свойств окружающей их среды. Длительность метастабильного возбужденного состояния достигает IO"4 с, что соответственно увеличивает и длительность люминесценции.
§ VI.2.5. НЕКОТОРЫЕ ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МОЛЕКУЛ
569
3°. Люминесценция, которая сразу прекращается после того как заканчивается действие возбудителя свечения, называется флуоресценцией.
Люминесценция, сохраняющаяся длительное время после прекращения действия возбудителя свечения, называется фосфоресценцией.
Явление флуоресценции связано с переходами атомов, молекул или ионов из обычных возбужденных состояний с длительностью порядка IO-8 с в нормальное. Фосфоресценция, дающая длительное свечение, обусловлена переходом центров люминесценции из метастабильных состояний в нормальное (п. 2°). Подразделение люминесценции на флуоресценцию и фосфоресценцию условно — установить временную границу между ними иногда бывает затруднительно.
4°. Возбуждение люминесценции электронным пучком возможно, когда кинетическая энергия бомбардирующего электрона удовлетворяет неравенству
mv2
^W-W
2 rr В rrH*
где Wb и Wh — полная энергия люминесцирующей частицы в возбужденном и нормальном состояниях.
