Головна

Енергетичні рівні молекул. Молекулярні спектри.

  1. II Енергетичні ресурси
  2. Абсолютна температура. Температура - міра середньої кінетичної енергії молекул. Зв'язок між температурою і енергією, середня квадратична швидкість (визначення).
  3. АДР, види і рівні програм.
  4. Архітектура взаємодії відкритих систем OSI (Рівні моделі взаємодії).
  5. Атомні спектри. Серіальні формули. Досліди з розсіювання альфа-частинок (досліди Резерфорда).
  6. Б2 В1 Бюджетна система РФ: рівні, принципи побудови та вдосконалення бюджетного пристрою.
  7. Квиток 6. Дослідне обгрунтування основних положень молекулярно-кінетичної теорії (МКТ) будови речовини. Маса і розмір молекул.

Молекули складаються з однакових або різних атомів, з'єднаних між собою в одне ціле хімічними зв'язками. Молекули - носії хімічних властивостей речовини.

Cіли міжатомної взаємодії в молекулах виникають між зовнішніми, валентними, електронами атомів.

Про це свідчать наступні факти

- Різка зміна оптичного спектру атомів при вступі їх в хімічну сполуку

- Збереження незмінним рентгенівського характеристичного спектра атомів незалежно від роду хімічних сполук, в які входять ці атоми.

У молекулах окрема спектральна лінія виникає в результаті зміни енергії молекули. повну енергію Wмолекули можна розглядати як що складається з декількох частин:

Wпост- Енергії поступального руху її центру інерції,

Wел- Енергії руху електронів в атомах молекули,

Wкол- Енергії коливального руху ядер атомів, що входять в молекулу, близько їх рівноважних положень,

Wвр- Енергії обертального руху молекули як цілого

Wотрута - Енергії ядер атомів в молекулі:

енергія Wnост поступального руху молекули (~ kT) НЕ квантів, і її зміни не можуть привести до створення молекулярного спектра. Внесок руху ядер дуже малий. Тому, енергія молекули, яка визначає її оптичні свой-, ства, буде складатися з суми трьох доданків:

Спектральні лінії обертального спектра виникають при переходах в далекій інфрачервоній області спектра (при довжинах хвиль близько 0,1-1 мм), і відповідають зміни обертальної енергії молекули.

У найпростішому випадку двухатомной або лінійної багатоатомної молекули її енергія обертання

де I - Момент інерції молекули відносно осі, перпендикулярній осі молекули, а L-момент імпульсу. Згідно з правилами квантування,

де обертальний квантове число J = 0, 1, 2, ..., і, отже, для Wоберт з (14-2) і (14-3) отримаємо:

 - Обертальна постійна

Лінії коливального спектра виникають при переходах між коливальними енергетичними рівнями молекули (довжини хвиль 1-10 мкм).

При зміні коливальних енергетичних рівнів молекули одночасно змінюються ІЕЕ обертальні енергетичні стану. Тому переходи між двома коливальними рівнями супроводжуються зміною обертальних енергетичних станів, т. Е. Виникає коливально-вращательнийспектр.

Коливальні рівні енергії (значення Wкол) Можна знайти квантуванням коливального руху, яке наближено вважають гармонійним. У найпростішому випадку двоатомних молекули (одна коливальна ступінь свободи, відповідна зміні меж'ядерного відстані r) Її розглядають як гармонійний осцилятор; його квантування дає рівновіддалені рівні енергії:

Wкол = h?e (? +1/2)

де ?e - Основна частота гармонійних коливань молекули, ? - коливальний квантове число, що набуває значень 0, 1, 2, ...

Для кожного електронного стану багатоатомної молекули, що складається з N атомів (N ? 3) і має f коливальних ступенів свободи (f = 3N - 5 і f = 3N - 6 для лінійних і нелінійних молекул відповідно), виходить f нормальних коливань з частотами ?i (i = 1, 2, 3, ..., f) І складна система коливальних рівнів:

де ?i = 0, 1, 2, ... - відповідні коливальні квантові числа.

Квиток 11.
 1. Система з великого числа однакових по ширині і паралельних один одному щілин a, розділених однаковими по ширині непрозорими проміжками b, називаєтьсядифракційними гратами.
 Умова max: аsin? = ± k?, де k = 0, ± 1, ± 2, ± 3, ...

Умова min: аsin? = ± n?, де n = ± 1, ± 2, ± 3, ...

Основні характеристики - кутова дисперсія і роздільна здатність. кутова дисперсія ?? / ?? (характеризує кутову ширину спектра) залежить тільки від кута дифракції ?: ( m - порядок спектра, d - постійна решітка).
Роздільна здатність R:  (N - число штрихів дифракційних ґрат, L - ширина всієї дифракційної решітки).

Застосування: основна властивість дифракційної решітки - здатність розкладати падаючий на неї пучок світла по довжинах хвиль, тому вона використовується в якості диспергирующего елемента в спектральних приладах. Якщо штрихи нанесені на плоску поверхню, то дифракційна решітка - плоска, На увігнуту - увігнутою. розрізняють відбивні і прозорі дифракційні решітки. Відбивні (штрихи наносяться на дзеркальну поверхню, і спостереження ведеться у відбитому світлі). Прозорі (штрихи наносяться на поверхню прозорої пластинки, спостереження ведеться в світлі). зараз застосовуються відбивні дифракційні решітки.
2. При випаровуванні у вакуумній печі атомів срібла або іншого металу за допомогою тонких щілин формується вузький атомний пучок (А. П.). Цей пучок пропускається через неоднорідне магнітне поле з істотним градієнтом магнітної індукції. Індукція магнітного поля  в досвіді велика і спрямована уздовж осі  . На пролітають в зазорі магніту атоми вздовж напрямку магнітного поля діє сила (Залежить від величини проекції магнітного моменту атома на напрямок поля). Ця сила відхиляє рухомий атом в напрямку осі  , Причому за час прольоту магніту рухомий атом відхиляється тим більше, чим більше величина сили. При цьому одні атоми відхиляються вгору, а інші вниз.Досвід Штерна і Герлаха довів правильність висновків квантової теорії про наявність просторового квантування магнітних моментів атомів.
 Спіновий гіромагнітне ставлення
(3-тя формула): власний механічний і магнітний моменти електрона визначаються (1-і 2 формули):


 n - головне квантове число, l - орбітальне квантове число, m - магнітне квантове число,  - Спіновий квантове число.
 - Постійна тонкої структури.


квиток 12
1. Інтерференція хвиль - складання в просторі двох (або декількох) хвиль, при якому в різних його точках виходить посилення або ослаблення результуючої хвилі. Для утворення стійкої інтерференційної картини необхідні когерентні (узгоджені) джерела хвиль.

когерентними> називаються хвилі, що мають однакову частоту і постійну різницю фаз.

інтерференцією називається постійне в часі явище взаємного посилення і ослаблення коливань в різних точках середовища в результаті накладення когерентних хвиль.
 В результаті в просторі утворюється стійка картина чергування областей посилених і ослаблених коливань.

 Нехай поділ на дві когерентні хвилі відбувається в точці О

до точки Р перша хвиля проходить в середовищі з показником  відстань  , А друга -  відстань  . Якщо в точці О фаза коливань (  ), То перша хвиля возбждает в точці Р коливання  , друга
,  - Фазові швидкості першої та другої хвилі. Різниця фаз порушуваних хвилями коливань в точці Р:
 Отримаємо вираз для різниці фаз двох когерентних хвиль:

, де  - Оптична різниця ходу, L - Оптична довжина шляху, s - Геометрична довжина шляху.

Якщо різниця ходу дорівнює цілому числу довжин хвиль у вакуумі

 - Умова максимуму.

Якщо оптична різниця ходу

 - Умова мінімуму
 
     

2. Переходи збуджених атомів з випромінюванням відбуваються «самі собою». Через це вони називаються спонтанними, або мимовільними переходами. Випромінювання атомів при спонтанних переходах є некогерентним.

існує також вимушені переходи, які відбуваються під дією зовнішнього поля. В цьому випадку атоми поглинають енергію поля, переходячи в збуджений стан, або вимушено випромінюють, Переходячи в стан з меншою енергією. Існує ще так званібезизлучательниепереходи.Такі переходи не супроводжуються появою фотонів, характерних для даного атома. Випромінювання окремим збудженим атомом відбувається незалежно від інших атомів в різні моменти часу. Тому можна говорити про середньому часу життя атома в збудженому стані.
 Вводиться ймовірність спонтанного переходу в одиницю часу  зі стану 2 в стан 1 (має сенс середнього числа актів випромінювання в одиницю часу, що припадають на один атом).
 коефіцієнти  були введені Ейнштейном в 1916 р і називаються коефіцієнтами Ейнштейна. Між коефіцієнтами Ейнштейна існують співвідношення:

 коефіцієнт  (або  ) Називається статистичним вагою, або кратністю виродження 1-го (або 2-го) стану.

квиток 13
 1. Двойноелучепреломленіе - Ефект розщеплення в анізотропних середовищах променя світла на дві складові. Перший промінь продовжує поширюватися прямо, і називаєтьсязвичайним,другий же відхиляється в сторону, і називається незвичайним.Показник заломлення, а, отже, і швидкість поширення для звичайного променя no не залежить від напрямку в кристалі. Звичайний промінь поширюється в кристалі за звичайними законами геометричної оптики.

Для незвичайного променя показник заломлення змінюється від no в напрямку оптичної осі до ne в перпендикулярному до неї напрямі. якщо ne > no, То кристали називають позитивними, при зворотному співвідношенні ne < no - Негативними.

закон Малюса - Фізичний закон, що виражає залежність інтенсивності лінійно-поляризованого світла після його проходження через поляризатор від кута  між площинами поляризації падаючого світла і поляризатора.

де  - Інтенсивність падаючого на поляризатор світла,  - Інтенсивність світла, що виходить з поляризатора,  - Коефіцієнт пропускання поляризатора.

Встановлено Е. Л. Малюсом в 1810 році.

У релятивістської формі

де и  - Циклічні частоти лінійно поляризованих хвиль, падаючої на поляризатор і вийшла з нього.

2. Головне квантове число - N - визначає енергетичний рівень електрона, віддаленість енергетичного рівня від ядра і розмір електронного хмари. Орбітальний квантове число - l - визначає геометричну форму атомнойорбіталі. Незалежно від номера енергетичного рівня, кожному значенню орбітального квантового числа відповідає орбіталь особливої ??форми. "Набір" таких орбіталей з однаковими значеннями головного квантового числа називається енергетичним рівнем. Кожному значенню орбітального квантового числа відповідає орбіталь особливої ??форми. Значенням орбітального квантового числа l = 0 відповідає s-орбіталь (1-ин тип). Значенням орбітального квантового числа l = 1 відповідають p-орбіталі (3-ри типу). Значенням орбітального квантового числа l = 2 відповідають d-орбіталі (5-ть типів). Значенням орбітального квантового числа l = 3 відповідають f-орбіталі (7-м типів).
Магнітне квантове число - ml - Визначає орієнтацію орбіталі в просторі щодо зовнішнього магнітного або електричного поля. Магнітне квантове число приймає будь-які цілочисельні значення від -l до + l, включаючи 0. Це означає, що для кожної форми орбіталі існує 2l + 1 енергетично рівноцінних орієнтацій в просторі - орбіталей.
 Для s-орбіталі:
 l = 0, m = 0 - одна рівноцінна орієнтація в просторі (одна орбіталь).
 Для p-орбіталі:
 l = 1, m = -1,0, + 1 - три рівноцінні орієнтації в просторі (три орбіталі).
 Для d-орбіталі: l = 2, m = -2, -1,0,1,2 - п'ять рівноцінних орієнтацій в просторі.

квиток 14
 1. Способи засновані на використанні поляризованої флуоресценції, ковзаючого виходу променів та ін. Зазвичай для отримання поляризованого світла природне випромінювання будь-якого джерела пропускають через поляризатор.
дія поляризатора полягає в тому, що він розділяє початковий пучок на дві компоненти зі взаємно перпендикулярними напрямками поляризації, пропускає одну компоненту і поглинає або відхиляє іншу. Здійснення процесу поляризації можливо за рахунок різних фізичних явищ: дихроизма, подвійного променезаломлення відображення, розсіювання. Найбільш поширені діхроічние поляризатори, але використовуються і двоякопреломляющіе. Поляризатори, засновані на відображенні і розсіянні, застосовують у виняткових випадках.
Види поляризаторів.
діхроічние поляризатори - Це анізотропно поглинають тіла. Платівка, вирізана з такого тіла, розділяє падаючий промінь на дві поляризовані компоненти і поглинає їх в різному ступені (монокристал, наприклад, монокристал турмаліну). Недоліки: мала апертура, вузька спектральна область пропускання, висока вартість.
 Принцип роботи двоякопреломляющих поляризаторів: йде поділ первісного пучка на дві компоненти, поляризовані у взаємно перпендикулярних напрямках.
 Типовий двоякопреломляющіе поляризатор складається з двох склеєних разом призм з ісландського шпату. Така комбінація розділяє падаючий пучок на дві компоненти. Одна з них проходить повністю, інша відбивається в сторону зачерненной поверхні призми, що поглинає падаюче на неї світло.
поляроїд - Тонка поляризующая світло плівка, вклеєну між пластинками зі скла або прозорої безбарвної пластмаси. Плівка, що володіє дуже сильним дихроизмом у видимій області спектра, розкладає що падає на неї світловий промінь на два промені: звичайний і незвичайний, з яких один майже повністю поглинається, а інший проходить майже неослабленим. також існують герапатітовие и полівінілові поляроїди, полівінілові поляроїди.
Форма еліпса, описуваного кінцем вектора Е, Визначається властивостями речовини, а також товщиною пластинки і орієнтацією вектора Е падаючого світла. Між двома променями виникає різниця фаз

, де d - Товщина пластинки. вираз  називається різницею ходу променів. Якщо ? = ? / 4, то різниця фаз, яку вносить платівкою, буде ? / 2, і плоскополярізованний світло превращаетсмя в еліптично поляризований, причому осі еліпса збігаються з головними напрямками кристала. Якщо ж площину поляризації падаючого світла становить 45? з віссю, то звичайний і незвичайний промені мають однакову інтенсивність і минуле світло буде поляризований по кругу. це Чвертьхвильова платівка.
2. Принцип детального рівноваги: ??полягає в рівності ймовірностей прямого  і зворотного  переходів між дискретними станами системи и .
 Можна сформулювати як рівність можливостей переходу, віднесених до кінцевого стану:
и  - Ймовірності того, що система знаходиться в станах и  , Відповідні діагональним елементам матриці щільності ;  - Ймовірність прямого переходу системи зі стану  в стан ;  - Ймовірність зворотного переходу системи зі стану  в стан .
 Формула Планка (для щільності енергії випромінювання):

Білет15
 1.

Формула тонкої лінзи пов'язує d (відстань від предмета до оптичного центру лінзи), f (відстань від оптичного центра до зображення) з фокусною відстанню F. Трикутник АВО подібний трикутнику OB1A1. З подоби слід, що

Трикутник OCF подібний трикутнику FB1A1. З подоби слід, що

це формула тонкої лінзи.

Відстані F, d і f від лінзи до дійсних точок беруться зі знаком плюс, відстані від лінзи до уявних точок - зі знаком мінус. Ставлення розміру зображення Н до лінійного розміру предмета h - лінійне збільшення лінзи Г.

2. Альфа-частки випускаються радіоактивним джерелом 1, вміщеним всередині свинцевого циліндра 2 з вузьким каналом 3. Вузький пучок альфа-частинок з каналу падав на фольгу 4 з досліджуваного матеріалу, перпендикулярно до поверхні фольги. З свинцевого циліндра альфа-частинки проходили тільки через канал, а інші поглиналися свинцем. Пройшли крізь фольгу і розсіяні нею альфа-частинки потрапляли на напівпрозорий екран 5, який був покритий люмінесцирующим речовиною (сульфатом цинку). Ця речовина була здатна світитися при ударі об нього альфа-частинки. Зіткнення кожної частки з екраном супроводжувалося спалахом світла. Цей спалах називається сцинтилляция. За екраном знаходився мікроскоп 6.

Видимий на екрані картина дозволила зробити висновок, що більшість альфа-частинок проходить крізь золоту фольгу без помітної зміни напрямку їх руху. Однак деякі частинки відхилялися на великі кути від первісного напрямку альфа-частинок (близько 135о... 150о) І навіть відкидалися назад.
 Розсіювання альфа-частинок може викликати позитивно заряджена частинка атома - атомне ядро.

атомне ядро - Це тіло малих розмірів, в якому сконцентровані майже вся маса і майже весь позитивний заряд атома.
 Чим ближче альфа-частинки підходила до ядра, тим більше була сила електричного взаємодії і тим на більший кут частка відхилялася. На малих відстанях від ядра позитивно-заряджена альфа-частинки відчуває значну силу відштовхування F від ядра, яку визначають за законом Кулона:

F = -

де r - Відстань від ядра до альфа-частинки; ?0 - Електрична постійна в одиницях виміру СІ; p - Число протонів в ядрі; е = 1,6 * 10-19 Кл - Абсолютне значення елементарного електричного заряду (заряду електрона); 2e - Заряд альфа-частинки

На малюнку 1.2 показані траєкторії альфа-частинок, що пролітають на різних відстанях від ядра.

 Щоб позитивне ядро ??могло відкинути альфа-частинку тому, потенційна енергія електростатичного (кулонівського) відштовхування біля кордонів ядра атома повинна дорівнювати кінетичної енергії альфа-частинки:

= -

 



Обертання площини поляризації. Ефект Фарадея. | квиток 16

квиток 1 | квиток 2 | Дзеркала Френеля | квиток 5 | Явище комбінаційного розсіювання світла. | Природний і поляризоване світло. Види поляризації світла. | Принцип Паулі. Забудова електронних оболонок елементів періодичної системи. | квиток 17 | квиток 18 | квиток 19 |

© um.co.ua - учбові матеріали та реферати