- •I . Борівська теорія атома
- •1.1. Закономірність в атомних спектрах
- •1.2. Модель атома Томсона
- •1.3. Досліди по розсіянню -частинок. Ядерна модель атома
- •1.4. Постулати Бора. Дослід Франка і Герца
- •1.5. Елементарна борівська теорія водневого атома
- •II. Елементи квантової механіки
- •2.1. Гіпотеза Луї де Бройля. Корпускулярно-хвильовий дуалізм
- •2.2. Співвідношення невизначеностей Гейзенберга
- •2.3. Рівняння Шредінгера
- •2.4. Фізичний зміст псі-функції
- •2.5. Квантування енергії
- •2.6. Рух вільної частинки
- •2.7. Частинка в нескінченно глибокій потенціальній ямі
- •2.8. Гармонічний осцилятор
- •2.9. Проходження частинки крізь потенціальний бар’єр
- •2.10. Квантування моменту імпульсу
- •III. Квантова теорія атомів і молекул
- •3.1. Квантова теорія атома водню
- •3.2. Багатоелектронні атоми
- •3.2.1. Спектри лужних металів
- •3.2.2. Нормальний ефект Зеємана
- •3.2.3 Мультиплетність спектрів і спін електрона
- •3.2.4 Механічний та магнітний моменти багатоелектонного атома
- •3.2.5. Розподіл електронів в атомі за станами. Періодична система елементів д.І. Менделєєва
- •3.2.6. Рентгенівські спектри
- •3.2.7. Енергія молекули
- •3.2.8. Молекулярні спектри
- •3. 2. 9 Комбінаційне розсіювання світла
- •3. 2.10. Вимушене випромінювання. Лазери
- •I. Борівська теорія атома………………………………………………………..…3
3. 2. 9 Комбінаційне розсіювання світла
У 1928 р. радянські фізики Л. І. Мандельштам (1879-1944) і І. С. Ландсберг (1890-1957) і одночасно індійські вчені Ч. В. Раман (1888-1970) і К. С. Крішнан (1898-1961) відкрили нове явище, згодом назване комбінаційним розсіюванням світла (у зарубіжній літературі – ефектом Рамана).
Рис.
3. 21
Частоти, що відповідають цим лініям, є комбінацією частот падаючого світла і коливальних або обертальних переходів розсіювальних молекул:
. (3.66)
У разі переходу від однієї лінії спектра первинного пучка до іншої сукупність значень (=1, 2, 3, …) залишається однаковою.
Кожному супутнику з частотою -, зміщеному в бік червоних променів спектра, відповідає супутник з частотою +, зміщений у бік фіолетових променів спектра. Перші супутники називають червоними або стоксовими , другі – фіолетовими , або антистоксовими.
Інтенсивність фіолетових супутників значно менша за інтенсивність відповідних їм червоних. У міру підвищення температури речовини інтенсивність фіолетових супутників зростає, а червоних – зменшується.
Явище комбінаційного розсіювання світла та його закони можна пояснити на основі квантової теорії так. За нормальних температур молекули речовини можуть знаходитися на різних вихідних (коливальних, обертальних) енергетичних рівнях . Якщо на речовину падає світло з частотою хвилі , то деякі фотони поглинаються молекулами, при цьому енергія молекули зростатиме на величину енергії фотона . Ці стани молекул не стійкі, тому через деякий час молекули повертатимуться на нижчий енергетичний рівень, випромінюючи фотони. Енергія фотонів залежить від того, з якого збудженого енергетичного рівня і на який вихідний енергетичний рівень переходить молекула.
Нехай молекула, яка знаходиться на енергетичному рівні (=1,2,3,…) поглинає фотон з енергією . При цьому вона переходить в інший квантовий стан. У цьому стані її енергія . Розглянемо два процеси.
1. Молекула переходить з рівня на рівень . У цьому процесі випромінюється фотон з енергією . Отже, в спектрі розсіяного світла завжди буде лінія, яка відповідає частоті падаючого світла .
2. Молекула переходить з рівня на один з вихідних рівнів і випромінює при цьому фотон з енергією . Запишемо для цього процесу закон збереження енергії і знайдемо частоту випроміненого фотона: , звідки
. (3. 67)
Якщо >, то частота розсіяного фотона більша, ніж падаючого, тобто в розсіяному світлі виникне фіолетовий супутник, якщо <, то червоний.
Наявність червоних і фіолетових супутників різних інтенсивностей пояснюється тим, що за невисоких температур число молекул, які знаходяться на вищому енергетичному рівні менше, ніж тих, що знаходяться на нижчому енергетичному рівні . Справді, за теплової рівноваги згідно з формулою Больцмана
, (3.68)
де і — відповідно числа молекул на рівнях і , бачимо, що за > числа <. Тому ймовірність поглинання фотона за одиницю часу молекулами з вихідним рівнем енергії більша, ніж молекулами з вихідним рівнем енергії . Відповідно і число квантів, випромінених за одиницю часу з частотою - буде більшою, ніж із частотою +. Цим і пояснюється різна інтенсивність червоних і фіолетових супутників.
З підвищенням температури, згідно з (3. 68), зростатиме, а — зменшуватиметься.
Комбінаційне розсіювання світла – ефективний метод вивчення власних частот коливань у складних багатоатомних молекулах, особливо в молекулах органічних сполук. За його допомогою одержано важливі дані про структуру складних вуглеводнів, зокрема про компоненти рідкого палива.