Методика измерения ик-спектров

1. Получить кристаллы у преподавателя или лаборанта.

2. Поставить образцы на отжиг в муфельную печь, прогреть при 500⁰С в течение 15–20 мин.

3. Включить ИК-спектрофотометр согласно описанию.

4. После охлаждения образца до комнатной температуры записать ИК-спектр и иден­тифицировать наличие в кристалле изолированных молекул О–Н по полосе поглощения 3720 см^–1.

5. Облучить образец в течение 1 ч. на γ-установке «Исследователь», предварительно завернув его в фольгу во избе­жание загрязнения поверхности.

6. Записать ИК-спектр облученного образца, идентифи­цировать образование центров с водородной связью по широкой полосе в области 3000–3400 см^–1 (v_s-полоса);

7. Определить ширину v_s-полосы, сдвиг максимума от­носительно полосы 3720 см^–1.

Вопросы и задания

1. Объяснить полученные результаты на основе модели бесконечно глубокой потенциальной ямы, локализовавшей протон, воспользовавшись работами [4, 5].

2. Почему после образований водородной связи нужно го­ворить не об атоме водорода в молекулярном центре ОН^–…Hal_i^o, а о протоне?

3. Вычислить кривые энергии осциллятора О–Н и протона в бесконечно глубокой потенциальной яме с d = 2,01 А.

Литература

1. Эмсли Дж. Очень сильные водородные связи. – М., 1981. – С. 55.

2. Чанг Р. Физическая химия. – М., 1980. – С. 169.

3. Пиментел Дж. Водородная связь. – М., 1964. – С. 560.

4. Алексеев П.Д., Баранов Г.И. Образование водородной связи в LiF:OH при гамма-облучении // Физика твердого тела. – 1980. – Вып. 4. – С. 1213–1215.

5. Алексеев П.Д. ИК-спектры ЩГК:ОН – до и после гамма-облучения и их природа // Оптика и спектроскопия. –1985. – Т. 59. – Вып. 3. – С. 567–572.

Лабораторная работа № 2

Измерение характеристик F-полосы и определение

концентрации F-центров в ионных кристаллах

Цель работы: оптическими методами исследовать радиационные дефекты в матрице облученных ионных кристаллов.

Принадлежности: щелочногалоидные кристаллы (LiF, NaF, NaCl, KCl, KBr), спектрофотометр СФ-26, установка «Исследователь».

Введение

При действии ионизирующего излучения на щелочногалоидные кристаллы (LiF, NaCl, KBr, KI, RbCl, CsBr и т. п.) происходят разнообразные процессы: образование электронных и дырочных центров окраски, возникновение щелочного металла в коллоидной форме и молекулярного галогена, накопление электрического заряда, изменение механических свойств и др.

После облучения ионных кристаллов ионизирующим излучением они окрашиваются. Окраска обусловлена соответствующими центрами поглощения, получившими название центров окраски (ЦО). Центры окраски, возникающие при облучении ЩГК, подразделяются на электронные и дырочные. В образовании первых участвуют электроны, а вторых – дырки.

Электронные центры окраски. Простейшим электронным центром окраски в облученных ЩГК является F-центр – анионная вакансия, локализовавшая электрон . Схема этого центра приведена на рис. 1. В зависимости от природы ЩГК F-центры имеют полосы оптического поглощения в ультрафиолетовой, видимой и ближней инфракрасной областях спектра (табл. 1).

Рис. 1. Схема F- и F'-центров (соответственно a и b) в щелочногалоидном кристалле: 1 – галоген; 2 – металл; 3 – электрон

Таблица 1
Кристалл	λmax, нм
LiF	250
NaF	341
NaCl	458
KCl	556
KBr	625
KI	689

Дырочные центры окраски. Дырочные центры в ЩГК возникают при локализации дырок на галогенид-ионах и подразделяются на первичные и вторичные. Первичные центры образуются в идеальной решетке кристалла. Вторичные центры появляются в результате взаимодействия первичных центров с дефектами структуры и примесями.

К первичным центрам относятся Н- и V_K-центры. Образование Н-центров происходит при облучении ЩГК при низких температурах. Этот дефект представляет собой молекулярный ион галогена , находящийся в анионном узле кристаллической решетки, причем он взаимодействует с двумя соседними ионами галогена, так что получается частица типа (например, в кристалле KCl). Схема Н-центра в ЩГК представлена на рис. 2.

В физико-химическом отношении Н-центр эквивалентен междоузельному атому галогена. При действии ионизирующего излучения Н-центры образуются одновременно с F-центрами. Пара, состоящая из F- и Н-центров, представляет собой дефект Френкеля. При их рекомбинации решетка восстанавливается.

О

Таблица 2

Кристалл	λmax, нм
NaCl	330
KCl	345
KBr	380
KI	445; 555
RbBr	382*
CsBr	437; 490
* При 16 К

птические полосы поглощения Н-центров находятся в ультрафиолетовой и видимой областях спектра (табл. 2).

Рис. 2. Схема Н- и V_K-центров (соответственно a и b) в щелочногалоидном кристалле: 1 – галоген; 2 – металл

V_K-центр – это дырка, локализованная на двух соседних ионах галогена, т. е. (см. рис. 2). Этот центр получил такое название по той причине, что обусловленная им полоса поглощения смещена от полосы поглощения F-центра к фиолетовому концу спектра (от немецкого Violetzentrum – фиолетовый центр). В V_K-центре расстояние между ядрами галогена на 30–40 % меньше, чем расстояние между ионами галогена в идеальной решетке.