Министерство образования Российской Федерации

Омский государственный университет

Физика конденсированного состояния

Часть II физика диэлектриков

Учебно-методические указания к выполнению лабораторных работ

для студентов III курса физического факультета

Издание Омск

ОмГУ 2002

УДК 22.37я73

Ф 503

Рекомендовано к изданию ученым советом физического факультета.

Составитель: доцент кафедры физики твердого тела В.И. Дубовик.

Физика конденсированного состояния. Ч. II. Физика диэлектриков: Учебно-методические указания к выполнению лабораторных работ для студентов III курса физического факультета / Сост. В.И. Дубовик. – Омск: Омск. гос. ун-т, 2002. – 24 с.

© Омский госуниверситет, 2002

Лабораторная работа № 1 Исследование молекулярных центров с водородной связью, изолированных в матрице ионных кристаллов

Цель работы: исследовать проявление водородной связи в молекулярных центрах, изолированных в матрице выращенных и облученных ионных кристаллов.

Принадлежности: кристалл LiF : OH, ИК-спектрофотометр, установка «Исследователь».

Введение

Водородная связь – особый тип взаимо­действий между молекулами. Она образуется в тех случаях, ког­да полярная молекула, содержащая атом водорода (например, мо­лекула с фрагментом О–Н или N–H), взаимодействует с такими электроотрицательными атомами, как кислород, азот, фтор или хлор. Это взаимодействие обозначается так: А–Н...В, где А и В – электроотрицательные атомы, а пунктирная линия соответствует водородной связи. Энергии водородных связей сравнительно малы (около 40 кДж/моль = 0,415 эВ/частица), однако они играют важную роль при определении свойств многих соединений: вода, лед, сегнетоэлектрики, белки и др.

В атоме водорода имеет­ся всего один электрон, и когда он используется для образова­ния ковалентной связи с электроотрицательным атомом, экраниро­вание ядра водорода-протона уменьшается. В результате протон может непосредственно взаимодействовать с другим электроотри­цательным атомом. В зависимости от силы такого взаимодействия водородные связи разделяются на слабые, сильные и очень сильные.

Наличие водородных связей может быть установлено многими физическими методами. Наиболее прямые доказательства дают данные рентгеноструктурного анализа кристаллов. Сравнительно сильные водородные связи укорачивают расстояния между АН и В (сумма радиусов) на 0,2–0,3 А. В жидкой и кристаллической фазах изолированная молекула А–Н...В или ее ассоциаты обнаруживаются методами ИК-спектроскопии и ядерного магнитного резонанса. Образование водо­родных связей смещает валентные колебания в область низких частот, а деформационные колебания – в область высоких.

Ширина и интенсивность пика, обусловленного валентны­ми колебаниями связи А–Н, увеличивается при образовании водородной связи. Из теории магнитного резонанса известно (и это подтверждается экспериментом), что химический сдвиг протонов может существенно меняться при образовании водородной связи.