आणविक स्पेक्ट्रा की तालिका. आणविक स्पेक्ट्रा

जबकि परमाणु स्पेक्ट्रा में अलग-अलग रेखाएं होती हैं, आणविक स्पेक्ट्रा, जब औसत विभेदन शक्ति वाले उपकरण के साथ देखा जाता है, तो इसमें शामिल दिखाई देता है (चित्र 40.1 देखें, जो हवा में चमक निर्वहन के परिणामस्वरूप स्पेक्ट्रम के एक खंड को दिखाता है)।

उच्च-रिज़ॉल्यूशन उपकरणों का उपयोग करते समय, यह पता चला है कि बैंड में बड़ी संख्या में निकट दूरी वाली रेखाएं होती हैं (चित्र 40.2 देखें, जो नाइट्रोजन अणुओं के स्पेक्ट्रम में बैंड में से एक की अच्छी संरचना दिखाती है)।

उनकी प्रकृति के अनुसार अणुओं के स्पेक्ट्रा को धारीदार स्पेक्ट्रा कहा जाता है। इस परिवर्तन के आधार पर कि किस प्रकार की ऊर्जा (इलेक्ट्रॉनिक, कंपन या घूर्णी) एक अणु द्वारा फोटॉन के उत्सर्जन का कारण बनती है, तीन प्रकार के बैंड प्रतिष्ठित हैं: 1) घूर्णी, 2) कंपन-घूर्णी और 3) इलेक्ट्रॉनिक-कंपन। चित्र में धारियाँ। 40.1 इलेक्ट्रॉनिक कंपन प्रकार से संबंधित हैं। इस प्रकार की धारी की विशेषता एक तेज धार की उपस्थिति होती है जिसे धारी का किनारा कहा जाता है। ऐसी पट्टी का दूसरा किनारा धुंधला हो जाता है। किनारा एक पट्टी बनाने वाली रेखाओं के संघनन के कारण होता है। घूर्णी और दोलन-घूर्णी बैंड में कोई किनारा नहीं होता है।

हम स्वयं को द्विपरमाणुक अणुओं के घूर्णी और कंपन-घूर्णी स्पेक्ट्रा पर विचार करने तक ही सीमित रखेंगे। ऐसे अणुओं की ऊर्जा में इलेक्ट्रॉनिक, कंपन और घूर्णी ऊर्जा शामिल होती है (सूत्र देखें (39.6))। अणु की जमीनी अवस्था में तीनों प्रकार की ऊर्जा का न्यूनतम मान होता है। जब किसी अणु को पर्याप्त मात्रा में ऊर्जा दी जाती है, तो वह उत्तेजित अवस्था में चला जाता है और फिर, चयन नियमों द्वारा निम्न ऊर्जा अवस्थाओं में से एक में संक्रमण करते हुए, एक फोटॉन उत्सर्जित करता है:

(यह ध्यान में रखना चाहिए कि अणु के विभिन्न इलेक्ट्रॉनिक विन्यास के लिए दोनों अलग-अलग हैं)।

पिछले पैराग्राफ में यह कहा गया था कि

इसलिए, कमजोर उत्तेजनाओं के साथ, यह केवल मजबूत उत्तेजनाओं के साथ बदलता है - और केवल और भी मजबूत उत्तेजनाओं के साथ अणु का इलेक्ट्रॉनिक विन्यास बदलता है, यानी।

घूर्णी धारियाँ. फोटॉन जो एक अणु के एक घूर्णी अवस्था से दूसरे में संक्रमण के अनुरूप होते हैं, उनमें सबसे कम ऊर्जा होती है (इलेक्ट्रॉनिक विन्यास और कंपन ऊर्जा नहीं बदलती है):

क्वांटम संख्या में संभावित परिवर्तन चयन नियम (39.5) द्वारा सीमित हैं। इसलिए, घूर्णी स्तरों के बीच संक्रमण के दौरान उत्सर्जित रेखाओं की आवृत्तियों में निम्नलिखित मान हो सकते हैं:

जिस स्तर पर संक्रमण होता है उसकी क्वांटम संख्या कहां है (इसके मान हो सकते हैं: 0, 1, 2, ...), और

चित्र में. चित्र 40.3 एक घूर्णी बैंड की घटना का एक आरेख दिखाता है।

घूर्णी स्पेक्ट्रम में बहुत दूर अवरक्त क्षेत्र में स्थित समान दूरी वाली रेखाओं की एक श्रृंखला होती है। रेखाओं के बीच की दूरी को मापकर, आप स्थिरांक (40.1) निर्धारित कर सकते हैं और अणु की जड़ता का क्षण ज्ञात कर सकते हैं। फिर, नाभिक के द्रव्यमान को जानकर, कोई द्विपरमाणुक अणु में उनके बीच संतुलन दूरी की गणना कर सकता है।

लाई रेखाओं के बीच की दूरी परिमाण के क्रम की होती है, जिससे अणुओं की जड़ता के क्षणों के लिए परिमाण के क्रम के मान प्राप्त होते हैं। उदाहरण के लिए, एक अणु के लिए, जो से मेल खाता है।

कंपन-घूर्णी बैंड। उस स्थिति में जब संक्रमण के दौरान अणु की कंपन और घूर्णी स्थिति दोनों बदलती हैं (चित्र 40.4), उत्सर्जित फोटॉन की ऊर्जा बराबर होगी

क्वांटम संख्या v के लिए चयन नियम (39.3) लागू होता है, J के लिए नियम (39.5) लागू होता है।

चूंकि फोटॉन उत्सर्जन न केवल पर और पर देखा जा सकता है। यदि फोटॉन आवृत्तियों को सूत्र द्वारा निर्धारित किया जाता है

जहां J निचले स्तर की घूर्णी क्वांटम संख्या है, जो निम्नलिखित मान ले सकती है: 0, 1, 2, ; बी - मान (40.1)।

यदि फोटॉन आवृत्ति के सूत्र का रूप है

निचले स्तर की घूर्णी क्वांटम संख्या कहां है, जो मान ले सकती है: 1, 2, ... (इस मामले में इसका मान 0 नहीं हो सकता है, तब से J -1 के बराबर होगा)।

दोनों मामलों को एक सूत्र द्वारा कवर किया जा सकता है:

इस सूत्र द्वारा निर्धारित आवृत्तियों वाली रेखाओं के समूह को कंपन-घूर्णी बैंड कहा जाता है। आवृत्ति का कंपन भाग उस वर्णक्रमीय क्षेत्र को निर्धारित करता है जिसमें बैंड स्थित है; घूर्णी भाग पट्टी की बारीक संरचना निर्धारित करता है, यानी, अलग-अलग रेखाओं का विभाजन। वह क्षेत्र जिसमें कंपन-घूर्णी बैंड स्थित हैं, लगभग 8000 से 50000 ए तक फैला हुआ है।

चित्र से. 40.4 यह स्पष्ट है कि कंपन-घूर्णन बैंड में अपेक्षाकृत सममित रेखाओं का एक सेट होता है जो एक दूसरे से अलग-अलग दूरी पर होते हैं, केवल बैंड के मध्य में दूरी दोगुनी होती है, क्योंकि आवृत्ति वाली कोई रेखा दिखाई नहीं देती है।

कंपन-घूर्णी बैंड के घटकों के बीच की दूरी अणु की जड़ता के क्षण से उसी संबंध से संबंधित होती है जैसे कि घूर्णी बैंड के मामले में, ताकि इस दूरी को मापकर, अणु की जड़ता के क्षण को मापा जा सके। मिला।

ध्यान दें कि, सिद्धांत के निष्कर्षों के अनुसार, घूर्णी और कंपन-घूर्णी स्पेक्ट्रा प्रयोगात्मक रूप से केवल असममित डायटोमिक अणुओं (यानी, दो अलग-अलग परमाणुओं द्वारा गठित अणु) के लिए देखे जाते हैं। सममित अणुओं के लिए, द्विध्रुव क्षण शून्य है, जिससे घूर्णी और कंपन-घूर्णी संक्रमण का निषेध होता है। असममित और सममित दोनों अणुओं के लिए इलेक्ट्रॉनिक कंपन स्पेक्ट्रा देखे जाते हैं।

आणविक स्पेक्ट्रा,ऑप्टिकल उत्सर्जन और अवशोषण स्पेक्ट्रा, साथ ही रमन बिखर रहा है, मुक्त या शिथिल रूप से जुड़ा हुआ अणुओं. एमएस। एक जटिल संरचना है. विशिष्ट एम. एस. - धारीदार, वे उत्सर्जन और अवशोषण में और रमन बिखरने में पराबैंगनी, दृश्यमान और निकट अवरक्त क्षेत्रों में अधिक या कम संकीर्ण बैंड के एक सेट के रूप में देखे जाते हैं, जो उपयोग किए गए वर्णक्रमीय उपकरणों की पर्याप्त संकल्प शक्ति के साथ टूट जाते हैं। निकट दूरी वाली रेखाओं का समूह। एम. एस की विशिष्ट संरचना। विभिन्न अणुओं के लिए अलग-अलग होता है और सामान्यतया, अणु में परमाणुओं की संख्या बढ़ने पर यह अधिक जटिल हो जाता है। बहुत जटिल अणुओं के लिए, दृश्यमान और पराबैंगनी स्पेक्ट्रा में कुछ व्यापक निरंतर बैंड होते हैं; ऐसे अणुओं का स्पेक्ट्रा एक दूसरे के समान होता है।

एमएस। जब उठे क्वांटम संक्रमण बीच में उर्जा स्तरइ' और इ'' अणुओं के अनुपात के अनुसार

एचएन= इ‘ - इ‘’, (1)

कहाँ एच n - उत्सर्जित उत्सर्जित ऊर्जा फोटोन आवृत्ति n ( एच -प्लैंक स्थिरांक ). रमन बिखरने के साथ एच n घटना और बिखरे हुए फोटॉनों की ऊर्जा के बीच अंतर के बराबर है। एमएस। रेखा परमाणु स्पेक्ट्रा की तुलना में कहीं अधिक जटिल, जो परमाणुओं की तुलना में एक अणु में आंतरिक गति की अधिक जटिलता से निर्धारित होता है। अणुओं में दो या दो से अधिक नाभिकों के सापेक्ष इलेक्ट्रॉनों की गति के साथ, नाभिक की कंपन गति (उनके आसपास के आंतरिक इलेक्ट्रॉनों के साथ) समग्र रूप से अणु की संतुलन स्थिति और घूर्णी गति के आसपास होती है। ये तीन प्रकार की गति - इलेक्ट्रॉनिक, कंपनात्मक और घूर्णी - तीन प्रकार के ऊर्जा स्तरों और तीन प्रकार के स्पेक्ट्रा के अनुरूप हैं।

क्वांटम यांत्रिकी के अनुसार, एक अणु में सभी प्रकार की गति की ऊर्जा केवल निश्चित मान ले सकती है, अर्थात इसे परिमाणित किया जाता है। एक अणु की कुल ऊर्जा इइसकी गति के तीन प्रकारों के परिमाणित ऊर्जा मूल्यों के योग के रूप में लगभग दर्शाया जा सकता है:

इ = इईमेल+ इगिनती + इघुमाएँ (2)

परिमाण के क्रम से

कहाँ एमइलेक्ट्रॉन का द्रव्यमान और परिमाण है एमएक अणु में परमाणु नाभिक के द्रव्यमान का क्रम होता है, अर्थात। एम/एम~10 -3 -10 -5, इसलिए:

इईमेल >> इगिनती >> इघुमाएँ (4)

आम तौर पर इएल कई के बारे में ईवी(सैंकडो केजे/मोल),इगिनें ~ 10 -2 -10 -1 पूर्व संध्यारोटेशन ~ 10 -5 -10 -3 ईवी.

(4) के अनुसार, एक अणु के ऊर्जा स्तर की प्रणाली को एक दूसरे से बहुत दूर इलेक्ट्रॉनिक स्तरों के एक सेट की विशेषता होती है (अलग-अलग मान इएल पर इगिनती = इघूर्णन = 0), कंपन स्तर एक दूसरे के बहुत करीब स्थित हैं (अलग-अलग मान इकिसी दिए गए पर गिनें इभूमि इघूर्णन = 0) और इससे भी अधिक निकट स्थित घूर्णी स्तर (विभिन्न मान)। इदिए गए पर रोटेशन इएल और इगिनती करना)।

इलेक्ट्रॉनिक ऊर्जा स्तर ( इएल इन (2) अणु के संतुलन विन्यास के अनुरूप है (एक डायटोमिक अणु के मामले में, संतुलन मूल्य द्वारा विशेषता) आर 0 आंतरिक परमाणु दूरी आर।प्रत्येक इलेक्ट्रॉनिक अवस्था एक निश्चित संतुलन विन्यास और एक निश्चित मूल्य से मेल खाती है इएल; न्यूनतम मान मूल ऊर्जा स्तर से मेल खाता है।

किसी अणु की इलेक्ट्रॉनिक अवस्थाओं का समुच्चय उसके इलेक्ट्रॉन कोश के गुणों से निर्धारित होता है। सिद्धांत रूप में मूल्य इएल की गणना विधियों का उपयोग करके की जा सकती है क्वांटम रसायन शास्त्र, हालाँकि, इस समस्या को केवल अनुमानित तरीकों और अपेक्षाकृत सरल अणुओं का उपयोग करके हल किया जा सकता है। किसी अणु के इलेक्ट्रॉनिक स्तर (इलेक्ट्रॉनिक ऊर्जा स्तर का स्थान और उनकी विशेषताओं) के बारे में सबसे महत्वपूर्ण जानकारी, इसकी रासायनिक संरचना द्वारा निर्धारित की जाती है, इसकी आणविक संरचना का अध्ययन करके प्राप्त की जाती है।

किसी दिए गए इलेक्ट्रॉनिक ऊर्जा स्तर की एक बहुत ही महत्वपूर्ण विशेषता मूल्य है सांख्यिक अंकएस,अणु के सभी इलेक्ट्रॉनों के कुल स्पिन क्षण के पूर्ण मूल्य को चिह्नित करना। रासायनिक रूप से स्थिर अणुओं में आमतौर पर इलेक्ट्रॉनों की संख्या समान होती है, और उनके लिए भी एस= 0, 1, 2... (मुख्य इलेक्ट्रॉनिक स्तर के लिए विशिष्ट मान है एस= 0, और उत्साहित लोगों के लिए - एस= 0 और एस= 1). के साथ स्तर एस= 0 को सिंगलेट कहा जाता है, साथ एस= 1 - त्रिक (चूंकि अणु में परस्पर क्रिया के कारण उनका विभाजन c = 2 में हो जाता है एस+ 1 = 3 उपस्तर) . साथ मुक्त कण उनके लिए, एक नियम के रूप में, इलेक्ट्रॉनों की एक विषम संख्या होती है एस= 1/2, 3/2, ... और मान मुख्य और उत्तेजित दोनों स्तरों के लिए विशिष्ट है एस= 1/2 (दोगुने स्तर को सी = 2 उपस्तरों में विभाजित करना)।

उन अणुओं के लिए जिनके संतुलन विन्यास में समरूपता है, इलेक्ट्रॉनिक स्तरों को आगे वर्गीकृत किया जा सकता है। द्विपरमाणुक और रैखिक त्रिपरमाण्विक अणुओं के मामले में सभी परमाणुओं के नाभिक से होकर गुजरने वाली समरूपता की धुरी (अनंत क्रम की) होती है , इलेक्ट्रॉनिक स्तर को क्वांटम संख्या एल के मूल्यों की विशेषता है, जो अणु के अक्ष पर सभी इलेक्ट्रॉनों की कुल कक्षीय गति के प्रक्षेपण का पूर्ण मूल्य निर्धारित करता है। एल = 0, 1, 2, ... वाले स्तर क्रमशः एस, पी, डी... नामित हैं, और सी का मान शीर्ष बाईं ओर सूचकांक द्वारा दर्शाया गया है (उदाहरण के लिए, 3 एस, 2 पी, ...) समरूपता केंद्र वाले अणुओं के लिए, उदाहरण के लिए CO 2 और C 6 H 6 , सभी इलेक्ट्रॉनिक स्तरों को सूचकांकों द्वारा निर्दिष्ट सम और विषम में विभाजित किया गया है जीऔर यू(इस पर निर्भर करता है कि समरूपता के केंद्र पर उलटा होने पर तरंग फ़ंक्शन अपना संकेत बरकरार रखता है या इसे बदलता है)।

कंपन ऊर्जा स्तर (मूल्य) इगिनती) दोलन गति को परिमाणित करके पाई जा सकती है, जिसे लगभग हार्मोनिक माना जाता है। एक द्विपरमाणुक अणु के सबसे सरल मामले में (स्वतंत्रता की एक कंपन डिग्री, आंतरिक दूरी में परिवर्तन के अनुरूप) आर) इसे हार्मोनिक माना जाता है थरथरानवाला; इसका परिमाणीकरण समान दूरी वाले ऊर्जा स्तर देता है:

इगिनती = एचएन ई (यू +1/2), (5)

जहां n e अणु के हार्मोनिक कंपन की मौलिक आवृत्ति है, u कंपन क्वांटम संख्या है, जिसमें 0, 1, 2, मान लिया जाता है ... एक बहुपरमाणुक अणु की प्रत्येक इलेक्ट्रॉनिक अवस्था के लिए एनपरमाणु ( एन³ 3) और होना एफस्वतंत्रता की कंपनात्मक डिग्री ( एफ = 3एन- 5 और एफ = 3एन- क्रमशः रैखिक और अरेखीय अणुओं के लिए 6), यह पता चला है एफतथाकथित आवृत्तियों के साथ सामान्य कंपन n i ( मैं = 1, 2, 3, ..., एफ) और कंपन स्तरों की एक जटिल प्रणाली:

कहाँ यू i = 0, 1, 2, ... संगत कंपन क्वांटम संख्याएं हैं। जमीनी इलेक्ट्रॉनिक अवस्था में सामान्य कंपन की आवृत्तियों का सेट किसी अणु की एक बहुत ही महत्वपूर्ण विशेषता है, जो उसकी रासायनिक संरचना पर निर्भर करता है। अणु के सभी या उसके कुछ परमाणु एक निश्चित सामान्य कंपन में भाग लेते हैं; परमाणु समान आवृत्ति के साथ हार्मोनिक कंपन करते हैं वीमैं, लेकिन विभिन्न आयामों के साथ जो कंपन के आकार को निर्धारित करते हैं। सामान्य कंपनों को उनके आकार के अनुसार खिंचाव (जिसमें बंधन रेखाओं की लंबाई बदलती है) और झुकने (जिसमें रासायनिक बंधनों के बीच के कोण - बंधन कोण - बदलते हैं) में विभाजित किया जाता है। कम समरूपता (2 से अधिक क्रम की समरूपता अक्षों के बिना) के अणुओं के लिए विभिन्न कंपन आवृत्तियों की संख्या 2 के बराबर है, और सभी कंपन गैर-विघटित होते हैं, जबकि अधिक सममित अणुओं के लिए दोगुने और तीन गुना पतित कंपन (जोड़े और त्रिक) होते हैं कंपन की जो आवृत्ति में मेल खाती है)। उदाहरण के लिए, एक अरैखिक त्रिपरमाणुक अणु H 2 O में एफ= 3 और तीन गैर-क्षतिग्रस्त कंपन संभव हैं (दो खिंचाव और एक झुकना)। अधिक सममित रैखिक त्रिपरमाण्विक CO 2 अणु है एफ= 4 - दो गैर-विकृत कंपन (खिंचाव) और एक दोगुना पतित (विरूपण)। एक सपाट अत्यधिक सममित अणु C 6 H 6 के लिए यह निकलता है एफ= 30 - दस गैर-पतित और 10 दोगुने पतित दोलन; इनमें से 14 कंपन अणु के तल में होते हैं (8 खिंचाव और 6 झुकने वाले) और 6 विमान के बाहर झुकने वाले कंपन - इस तल के लंबवत होते हैं। इससे भी अधिक सममित चतुष्फलकीय CH4 अणु है च = 9 - एक गैर-विकृत कंपन (खिंचाव), एक दोगुना पतित (विरूपण) और दो त्रिगुणित विक्षोभ (एक खिंचाव और एक विरूपण)।

किसी अणु की घूर्णी गति को परिमाणित करके, इसे निश्चित रूप से ठोस मानकर, घूर्णी ऊर्जा का स्तर पाया जा सकता है। जड़ता के क्षण. एक द्विपरमाणुक या रैखिक बहुपरमाणुक अणु के सरलतम मामले में, इसकी घूर्णी ऊर्जा

कहाँ मैंअणु की धुरी के लंबवत अक्ष के सापेक्ष अणु की जड़ता का क्षण है, और एम- संवेग का घूर्णी क्षण. परिमाणीकरण नियमों के अनुसार,

घूर्णी क्वांटम संख्या कहाँ है जे= 0, 1, 2, ..., और इसलिए के लिए इरोटेशन प्राप्त:

जहां घूर्णी स्थिरांक ऊर्जा स्तरों के बीच दूरियों के पैमाने को निर्धारित करता है, जो परमाणु द्रव्यमान और आंतरिक दूरी बढ़ने के साथ घटता जाता है।

विभिन्न प्रकार के एम.एस. अणुओं के ऊर्जा स्तरों के बीच विभिन्न प्रकार के संक्रमणों के दौरान उत्पन्न होते हैं। (1) और (2) के अनुसार

डी इ = इ‘ - इ'' = डी इएल + डी इगिनती + डी इघुमाएँ, (8)

जहां परिवर्तन डी इएल, डी इगिनती और डी इइलेक्ट्रॉनिक, कंपनात्मक और घूर्णी ऊर्जा का घूर्णन इस शर्त को पूरा करता है:

डी इएल >> डी इगिनती >> डी इघुमाएँ (9)

[स्तरों के बीच की दूरियां स्वयं ऊर्जाओं के समान क्रम की होती हैं इएल, इओल और इरोटेशन, संतोषजनक स्थिति (4)]।

डी पर इएल ¹ 0, इलेक्ट्रॉनिक माइक्रोस्कोपी प्राप्त की जाती है, जो दृश्य और पराबैंगनी (यूवी) क्षेत्रों में देखी जा सकती है। आमतौर पर डी इएल ¹ 0 एक साथ डी इनंबर 0 और डी इरोटेशन ¹ 0; अलग-अलग डी इकिसी दिए गए डी के लिए गिनती करें इएल अलग-अलग कंपन बैंड और अलग-अलग डी के अनुरूप है इदिए गए D पर घूर्णन इएल और डी इगिनती - व्यक्तिगत घूर्णी रेखाएँ जिनमें यह पट्टी टूट जाती है; एक विशिष्ट धारीदार संरचना प्राप्त होती है।

एन 2 अणु के इलेक्ट्रॉन-कंपन बैंड 3805 का घूर्णी विभाजन

किसी दिए गए डी के साथ धारियों का एक सेट इएल (एक आवृत्ति के साथ विशुद्ध रूप से इलेक्ट्रॉनिक संक्रमण के अनुरूप)। वीएल = डी इईमेल/ एच) स्ट्रिप प्रणाली कहलाती है; संक्रमणों की सापेक्ष संभावनाओं के आधार पर अलग-अलग बैंडों की तीव्रता अलग-अलग होती है, जिसकी गणना क्वांटम यांत्रिक तरीकों से की जा सकती है। जटिल अणुओं के लिए, किसी दिए गए इलेक्ट्रॉनिक संक्रमण के अनुरूप एक प्रणाली के बैंड आमतौर पर एक विस्तृत निरंतर बैंड में विलीन हो जाते हैं; ऐसे कई विस्तृत बैंड एक दूसरे को ओवरलैप कर सकते हैं। कार्बनिक यौगिकों के जमे हुए समाधानों में विशेषता असतत इलेक्ट्रॉनिक स्पेक्ट्रा देखा गया . इलेक्ट्रॉनिक (अधिक सटीक रूप से, इलेक्ट्रॉनिक-कंपन-घूर्णन) स्पेक्ट्रा का प्रयोग प्रयोगात्मक रूप से ग्लास (दृश्य क्षेत्र के लिए) और क्वार्ट्ज (यूवी क्षेत्र के लिए) ऑप्टिक्स के साथ स्पेक्ट्रोग्राफ और स्पेक्ट्रोमीटर का उपयोग करके किया जाता है, जिसमें प्रकाश को विघटित करने के लिए प्रिज्म या विवर्तन झंझरी का उपयोग किया जाता है। स्पेक्ट्रम .

डी पर इएल = 0, और डी इगिनती ¹ 0, दोलनशील चुंबकीय अनुनाद प्राप्त होते हैं, निकट सीमा में देखे जाते हैं (कई तक)। माइक्रोन) और बीच में (कई दसियों तक)। माइक्रोन) अवरक्त (आईआर) क्षेत्र, आमतौर पर अवशोषण में, साथ ही प्रकाश के रमन प्रकीर्णन में। एक नियम के रूप में, एक साथ डी इरोटेशन ¹ 0 और किसी दिए गए पर इपरिणाम एक कंपन बैंड है जो अलग-अलग घूर्णी रेखाओं में टूट जाता है। वे ऑसिलेटरी एम. एस में सबसे अधिक तीव्र होते हैं। डी के अनुरूप धारियाँ तुम = तुम’ - यू'' = 1 (बहुपरमाणुक अणुओं के लिए - डी यूमैं = यूमैं' - यूमैं ''= 1 डी पर यूक = यूक ' - यूके'' = 0, कहाँ क¹i).

विशुद्ध रूप से हार्मोनिक कंपन के लिए ये चयन नियम, अन्य संक्रमणों पर रोक सख्ती से लगाई जाती है; एनार्मोनिक कंपन के लिए, बैंड दिखाई देते हैं जिसके लिए डी यू> 1 (ओवरटोन); उनकी तीव्रता आमतौर पर कम होती है और डी बढ़ने के साथ घटती जाती है यू.

कंपन (अधिक सटीक रूप से, कंपन-घूर्णी) स्पेक्ट्रा का अध्ययन आईआर विकिरण के लिए पारदर्शी प्रिज्म के साथ या विवर्तन झंझरी के साथ आईआर स्पेक्ट्रोमीटर का उपयोग करके अवशोषण में आईआर क्षेत्र में प्रयोगात्मक रूप से किया जाता है, साथ ही फूरियर स्पेक्ट्रोमीटर और उच्च एपर्चर स्पेक्ट्रोग्राफ का उपयोग करके रमन स्कैटरिंग में (के लिए) दृश्य क्षेत्र) लेजर उत्तेजना का उपयोग करके।

डी पर इएल = 0 और डी इगिनती = 0, विशुद्ध रूप से घूर्णी चुंबकीय प्रणाली प्राप्त होती है, जिसमें अलग-अलग रेखाएं शामिल होती हैं। वे दूरी (सैकड़ों) पर अवशोषण में देखे जाते हैं माइक्रोन)आईआर क्षेत्र और विशेष रूप से माइक्रोवेव क्षेत्र में, साथ ही रमन स्पेक्ट्रा में। द्विपरमाणुक और रैखिक बहुपरमाणुक अणुओं के लिए (साथ ही काफी सममित अरेखीय बहुपरमाणुक अणुओं के लिए), ये रेखाएँ Dn = 2 के अंतराल के साथ एक दूसरे से समान दूरी पर (आवृत्ति पैमाने पर) होती हैं बीअवशोषण स्पेक्ट्रा में और Dn = 4 बीरमन स्पेक्ट्रा में.

शुद्ध घूर्णी स्पेक्ट्रा का अध्ययन सुदूर आईआर क्षेत्र में अवशोषण में विशेष विवर्तन झंझरी (ईचेलेट्स) और फूरियर स्पेक्ट्रोमीटर के साथ आईआर स्पेक्ट्रोमीटर का उपयोग करके किया जाता है, माइक्रोवेव क्षेत्र में माइक्रोवेव (माइक्रोवेव) स्पेक्ट्रोमीटर का उपयोग करके किया जाता है। , साथ ही उच्च-एपर्चर स्पेक्ट्रोग्राफ का उपयोग करके रमन स्कैटरिंग में भी।

सूक्ष्मजीवों के अध्ययन के आधार पर आणविक स्पेक्ट्रोस्कोपी के तरीके रसायन विज्ञान, जीव विज्ञान और अन्य विज्ञानों में विभिन्न समस्याओं को हल करना संभव बनाते हैं (उदाहरण के लिए, पेट्रोलियम उत्पादों, बहुलक पदार्थों आदि की संरचना का निर्धारण)। एमएस के अनुसार रसायन विज्ञान में। अणुओं की संरचना का अध्ययन करें. इलेक्ट्रॉनिक एम. एस. अणुओं के इलेक्ट्रॉनिक कोशों के बारे में जानकारी प्राप्त करना, उत्तेजित स्तर और उनकी विशेषताओं को निर्धारित करना और अणुओं की पृथक्करण ऊर्जा का पता लगाना संभव बनाता है (एक अणु के कंपन स्तरों के पृथक्करण सीमाओं के अभिसरण द्वारा)। ऑसिलेटरी एम. एस का अध्ययन। आपको अणु में कुछ प्रकार के रासायनिक बांडों (उदाहरण के लिए, सरल डबल और ट्रिपल सी-सी बांड, सी-एच, एन-एच, कार्बनिक अणुओं के लिए ओ-एच बांड), परमाणुओं के विभिन्न समूहों (उदाहरण के लिए, सीएच 2) के अनुरूप विशिष्ट कंपन आवृत्तियों को खोजने की अनुमति देता है। , सीएच 3, एनएच 2), अणुओं की स्थानिक संरचना निर्धारित करते हैं, सीआईएस- और ट्रांस-आइसोमर्स के बीच अंतर करते हैं। इस प्रयोजन के लिए, अवरक्त अवशोषण स्पेक्ट्रा (आईआर) और रमन स्पेक्ट्रा (आरएसएस) दोनों का उपयोग किया जाता है। अणुओं की संरचना का अध्ययन करने के लिए सबसे प्रभावी ऑप्टिकल तरीकों में से एक के रूप में आईआर विधि विशेष रूप से व्यापक हो गई है। यह SKR विधि के साथ संयोजन में सबसे संपूर्ण जानकारी प्रदान करता है। घूर्णी चुंबकीय अनुनादों के साथ-साथ इलेक्ट्रॉनिक और कंपन स्पेक्ट्रा की घूर्णी संरचना का अध्ययन, अणुओं की जड़ता के क्षणों के प्रयोगात्मक रूप से पाए गए मूल्यों का उपयोग करना संभव बनाता है [जो घूर्णी स्थिरांक के मूल्यों से प्राप्त होते हैं, देखें (7)] बड़ी सटीकता के साथ (सरल अणुओं के लिए, उदाहरण के लिए एच 2 ओ) अणु के संतुलन विन्यास के मापदंडों को खोजने के लिए - बंधन की लंबाई और बंधन कोण। निर्धारित मापदंडों की संख्या बढ़ाने के लिए, समस्थानिक अणुओं के स्पेक्ट्रा (विशेष रूप से, जिसमें हाइड्रोजन को ड्यूटेरियम द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है) का संतुलन विन्यास के समान पैरामीटर होते हैं, लेकिन जड़ता के विभिन्न क्षणों का अध्ययन किया जाता है।

एम. एस. के उपयोग के एक उदाहरण के रूप में. अणुओं की रासायनिक संरचना निर्धारित करने के लिए, बेंजीन अणु C 6 H 6 पर विचार करें। उसकी एम.एस. की पढ़ाई. मॉडल की शुद्धता की पुष्टि करता है, जिसके अनुसार अणु सपाट है, और बेंजीन रिंग में सभी 6 सी-सी बांड समतुल्य हैं और छठे क्रम की समरूपता अक्ष के साथ एक नियमित षट्भुज बनाते हैं जो अणु के लंबवत अणु के समरूपता के केंद्र से होकर गुजरता है। विमान। इलेक्ट्रॉनिक एम. एस. अवशोषण बैंड सी 6 एच 6 में जमीनी सम एकल स्तर से उत्साहित विषम स्तर तक संक्रमण के अनुरूप बैंड की कई प्रणालियाँ शामिल हैं, जिनमें से पहला त्रिक है, और उच्चतर एकल हैं। धारियों की व्यवस्था 1840 के क्षेत्र में सर्वाधिक तीव्र है ( इ 5 - इ 1 = 7,0 ईवी), 3400 के क्षेत्र में बैंड की प्रणाली सबसे कमजोर है ( इ 2 - इ 1 = 3,8ईवी), सिंगलेट-ट्रिपलेट संक्रमण के अनुरूप, जो कुल स्पिन के लिए अनुमानित चयन नियमों द्वारा निषिद्ध है। संक्रमण तथाकथित की उत्तेजना के अनुरूप हैं। पी इलेक्ट्रॉनों को बेंजीन रिंग में स्थानीयकृत किया गया ; इलेक्ट्रॉनिक आणविक स्पेक्ट्रा से प्राप्त स्तर आरेख अनुमानित क्वांटम यांत्रिक गणना के अनुरूप है। ऑसिलेटरी एम. एस. सी 6 एच 6 अणु में समरूपता के केंद्र की उपस्थिति के अनुरूप है - आईआरएस में दिखाई देने वाली (सक्रिय) कंपन आवृत्तियां एसआरएस में अनुपस्थित (निष्क्रिय) हैं और इसके विपरीत (तथाकथित वैकल्पिक निषेध)। सी 6 एच 6 के 20 सामान्य कंपनों में से 4 आईसीएस में सक्रिय हैं और 7 एससीआर में सक्रिय हैं, शेष 11 आईसीएस और एससीआर दोनों में निष्क्रिय हैं। मापा आवृत्ति मान (इंच) सेमी -1): 673, 1038, 1486, 3080 (आईसीएस में) और 607, 850, 992, 1178, 1596, 3047, 3062 (टीएफआर में)। आवृत्तियाँ 673 और 850 गैर-समतल कंपन के अनुरूप हैं, अन्य सभी आवृत्तियाँ समतल कंपन के अनुरूप हैं। तलीय कंपन की विशेष रूप से विशेषता आवृत्ति 992 (सी-सी बांड के खिंचाव कंपन के अनुरूप, जिसमें आवधिक संपीड़न और बेंजीन रिंग का खिंचाव शामिल है), आवृत्ति 3062 और 3080 (सी-एच बांड के खिंचाव कंपन के अनुरूप) और आवृत्ति 607 (तदनुरूप) हैं। बेंजीन रिंग के झुकने वाले कंपन के लिए)। सी 6 एच 6 (और सी 6 डी 6 के समान कंपन स्पेक्ट्रा) के देखे गए कंपन स्पेक्ट्रा सैद्धांतिक गणनाओं के साथ बहुत अच्छे समझौते में हैं, जिससे इन स्पेक्ट्रा की पूरी व्याख्या देना और सभी सामान्य कंपनों के आकार का पता लगाना संभव हो गया है।

इसी तरह आप एम. एस. का प्रयोग भी कर सकते हैं। कार्बनिक और अकार्बनिक अणुओं के विभिन्न वर्गों की संरचना निर्धारित करें, यहां तक ​​कि बहुत जटिल अणुओं तक, जैसे कि बहुलक अणु।

व्याख्यान 12. परमाणु भौतिकी। परमाणु नाभिक की संरचना.

मुख्य- यह परमाणु का केंद्रीय विशाल भाग है जिसके चारों ओर इलेक्ट्रॉन क्वांटम कक्षाओं में घूमते हैं। नाभिक का द्रव्यमान परमाणु में शामिल सभी इलेक्ट्रॉनों के द्रव्यमान से लगभग 4·10 3 गुना अधिक है। कर्नेल का आकार बहुत छोटा है (10 -12 -10 -13 सेमी), जो पूरे परमाणु के व्यास से लगभग 10 5 गुना कम है। विद्युत आवेश धनात्मक होता है और पूर्ण मान में परमाणु इलेक्ट्रॉनों के आवेशों के योग के बराबर होता है (चूंकि संपूर्ण परमाणु विद्युत रूप से तटस्थ होता है)।

नाभिक की खोज ई. रदरफोर्ड (1911) ने अल्फा कणों के प्रकीर्णन पर प्रयोगों में की थी जब वे पदार्थ से गुजरते थे। यह पता लगाने के बाद कि ए-कण अपेक्षा से अधिक बड़े कोणों पर बिखरे हुए हैं, रदरफोर्ड ने सुझाव दिया कि परमाणु का सकारात्मक चार्ज एक छोटे नाभिक में केंद्रित है (इससे पहले, जे. थॉमसन के विचार प्रबल थे, जिसके अनुसार सकारात्मक चार्ज परमाणु को उसके पूरे आयतन में समान रूप से वितरित माना जाता था)। रदरफोर्ड के विचार को उनके समकालीनों ने तुरंत स्वीकार नहीं किया (मुख्य बाधा नाभिक के चारों ओर कक्षा में घूमते समय विद्युत चुम्बकीय विकिरण के कारण ऊर्जा के नुकसान के कारण नाभिक पर परमाणु इलेक्ट्रॉनों के अपरिहार्य पतन में विश्वास था)। एन. बोहर (1913) के प्रसिद्ध कार्य ने, जिसने परमाणु के क्वांटम सिद्धांत की नींव रखी, ने इसकी मान्यता में प्रमुख भूमिका निभाई। बोह्र ने कक्षाओं की स्थिरता को परमाणु इलेक्ट्रॉनों की गति के परिमाणीकरण के प्रारंभिक सिद्धांत के रूप में प्रतिपादित किया और इसके बाद लाइन ऑप्टिकल स्पेक्ट्रा के नियम प्राप्त किए, जिन्होंने व्यापक अनुभवजन्य सामग्री (बाल्मर श्रृंखला, आदि) की व्याख्या की। कुछ समय बाद (1913 के अंत में), रदरफोर्ड के छात्र जी. मोसले ने प्रयोगात्मक रूप से दिखाया कि तत्वों की आवधिक प्रणाली में किसी तत्व की परमाणु संख्या Z में परिवर्तन होने पर परमाणुओं की रेखा एक्स-रे स्पेक्ट्रा की शॉर्ट-वेव सीमा में बदलाव होता है बोह्र के सिद्धांत से मेल खाता है, अगर हम मानते हैं कि नाभिक का विद्युत आवेश (इलेक्ट्रॉन आवेश की इकाइयों में) Z के बराबर है। इस खोज ने अविश्वास की बाधा को पूरी तरह से तोड़ दिया: एक नई भौतिक वस्तु - नाभिक - मजबूती से जुड़ी हुई निकली प्रतीत होने वाली विषम घटनाओं की एक पूरी श्रृंखला के साथ, जिन्हें अब एक एकीकृत और भौतिक रूप से पारदर्शी स्पष्टीकरण प्राप्त हुआ है। मोसले के काम के बाद, परमाणु नाभिक के अस्तित्व का तथ्य अंततः भौतिकी में स्थापित हो गया।

कर्नेल रचना.नाभिक की खोज के समय केवल दो प्राथमिक कण ज्ञात थे - प्रोटॉन और इलेक्ट्रॉन। तदनुसार, यह संभावित माना गया कि नाभिक में वे शामिल हैं। हालाँकि, 20 के दशक के अंत में। 20 वीं सदी प्रोटॉन-इलेक्ट्रॉन परिकल्पना को एक गंभीर कठिनाई का सामना करना पड़ा, जिसे "नाइट्रोजन आपदा" कहा जाता है: प्रोटॉन-इलेक्ट्रॉन परिकल्पना के अनुसार, नाइट्रोजन नाभिक में 21 कण (14 प्रोटॉन और 7 इलेक्ट्रॉन) होने चाहिए, जिनमें से प्रत्येक का स्पिन 1/2 था . नाइट्रोजन नाभिक का स्पिन आधा-पूर्णांक होना चाहिए था, लेकिन ऑप्टिकल आणविक स्पेक्ट्रा के माप के आंकड़ों के अनुसार, स्पिन 1 के बराबर निकला।

जे. चैडविक (1932) की खोज के बाद नाभिक की संरचना स्पष्ट की गई न्यूट्रॉन. न्यूट्रॉन का द्रव्यमान, जैसा कि चैडविक के पहले प्रयोगों से पता चला, प्रोटॉन के द्रव्यमान के करीब है, और स्पिन 1/2 (बाद में स्थापित) के बराबर है। यह विचार कि नाभिक में प्रोटॉन और न्यूट्रॉन होते हैं, सबसे पहले डी. डी. इवानेंको (1932) द्वारा प्रिंट में व्यक्त किया गया था और इसके तुरंत बाद डब्ल्यू. हाइजेनबर्ग (1932) द्वारा विकसित किया गया था। नाभिक की प्रोटॉन-न्यूट्रॉन संरचना के बारे में धारणा बाद में प्रयोगात्मक रूप से पूरी तरह से पुष्टि की गई थी। आधुनिक परमाणु भौतिकी में, प्रोटॉन (पी) और न्यूट्रॉन (एन) को अक्सर सामान्य नाम न्यूक्लियॉन के तहत जोड़ा जाता है। किसी नाभिक में न्यूक्लिऑन की कुल संख्या को द्रव्यमान संख्या कहा जाता है ए, प्रोटॉन की संख्या नाभिक Z के आवेश (इलेक्ट्रॉन आवेश की इकाइयों में) के बराबर है, न्यूट्रॉन की संख्या एन = ए - जेड. यू आइसोटोप वही Z, लेकिन अलग एऔर एन, नाभिक में समान आइसोबार होते हैं एऔर अलग Z और एन.

न्यूक्लियॉन से भारी नए कणों की खोज के संबंध में, तथाकथित। न्यूक्लियॉन आइसोबार, यह पता चला कि उन्हें भी नाभिक का हिस्सा होना चाहिए (इंट्रान्यूक्लियर न्यूक्लियॉन, एक दूसरे से टकराकर, न्यूक्लियॉन आइसोबार में बदल सकते हैं)। सबसे सरल कर्नेल में - ड्यूटेरॉन , एक प्रोटॉन और एक न्यूट्रॉन से मिलकर, न्यूक्लियॉन ~ 1% समय न्यूक्लियॉन आइसोबार के रूप में रहना चाहिए। कई देखी गई घटनाएं नाभिक में ऐसे आइसोबैरिक राज्यों के अस्तित्व के पक्ष में गवाही देती हैं। न्यूक्लियॉन और न्यूक्लियॉन आइसोबार के अलावा, नाभिक में समय-समय पर थोड़े समय के लिए (10 -23 -10 -24) सेकंड) के जैसा लगना मेसॉनों , उनमें से सबसे हल्का - पी-मेसन भी शामिल है। न्यूक्लियॉन की परस्पर क्रिया एक न्यूक्लियॉन द्वारा मेसॉन के उत्सर्जन और दूसरे द्वारा इसके अवशोषण के कई कार्यों तक सीमित हो जाती है। उभरता हुआ यानी. विनिमय मेसोन धाराएँ, विशेष रूप से, नाभिक के विद्युत चुम्बकीय गुणों को प्रभावित करती हैं। मेसॉन विनिमय धाराओं की सबसे विशिष्ट अभिव्यक्ति उच्च-ऊर्जा इलेक्ट्रॉनों और जी-क्वांटा द्वारा ड्यूटेरॉन विभाजन की प्रतिक्रिया में पाई गई थी।

न्यूक्लियंस की परस्पर क्रिया.वे बल जो नाभिक में न्यूक्लिऑन को धारण करते हैं, कहलाते हैं नाभिकीय . ये भौतिकी में ज्ञात सबसे मजबूत अंतःक्रियाएं हैं। एक नाभिक में दो न्यूक्लियॉन के बीच कार्य करने वाले परमाणु बल प्रोटॉन के बीच इलेक्ट्रोस्टैटिक इंटरैक्शन की तुलना में एक सौ गुना अधिक तीव्र परिमाण के क्रम में होते हैं। परमाणु बलों की एक महत्वपूर्ण संपत्ति उनकी है। न्यूक्लियॉन की आवेश अवस्था से स्वतंत्रता: दो प्रोटॉन, दो न्यूट्रॉन, या एक न्यूट्रॉन और एक प्रोटॉन की परमाणु परस्पर क्रिया समान होती है यदि कणों के इन जोड़े की सापेक्ष गति की स्थिति समान होती है। परमाणु बलों का परिमाण न्यूक्लियॉन के बीच की दूरी, उनके स्पिन के पारस्परिक अभिविन्यास, कक्षीय कोणीय गति के सापेक्ष स्पिन के अभिविन्यास और एक कण से दूसरे कण तक खींचे गए त्रिज्या वेक्टर पर निर्भर करता है। परमाणु बलों को कार्रवाई की एक निश्चित सीमा की विशेषता होती है: दूरी के साथ इन बलों की क्षमता कम हो जाती है आरकणों के बीच की तुलना में तेज़ आर-2, और बल स्वयं इससे भी तेज हैं आर-3. परमाणु बलों की भौतिक प्रकृति पर विचार करने से यह निष्कर्ष निकलता है कि उन्हें दूरी के साथ तेजी से कम होना चाहिए। परमाणु बलों की कार्रवाई का दायरा तथाकथित द्वारा निर्धारित किया जाता है। कॉम्पटन तरंगदैर्घ्य बातचीत के दौरान न्यूक्लियॉन के बीच r 0 मेसॉन का आदान-प्रदान होता है:

यहाँ m, मेसॉन द्रव्यमान है, प्लैंक स्थिरांक है, साथ- निर्वात में प्रकाश की गति. पी-मेसॉन के आदान-प्रदान के कारण उत्पन्न बलों की कार्रवाई का दायरा सबसे बड़ा होता है। उनके लिए r 0 = 1.41 एफ (1 च = 10 -13 सेमी). नाभिकों में आंतरिक दूरियां परिमाण के इसी क्रम की होती हैं, लेकिन भारी मेसॉन (एम-, आर-, डब्ल्यू-मेसन, आदि) का आदान-प्रदान भी परमाणु बलों में योगदान देता है। दूरी पर दो न्यूक्लियॉन के बीच परमाणु बलों की सटीक निर्भरता और विभिन्न प्रकार के मेसॉन के आदान-प्रदान के कारण परमाणु बलों के योगदान को निश्चितता के साथ स्थापित नहीं किया गया है। मल्टीन्यूक्लियॉन नाभिक में, बल संभव हैं जिन्हें केवल न्यूक्लियॉन के जोड़े की बातचीत तक कम नहीं किया जा सकता है। इन तथाकथित की भूमिका नाभिक की संरचना में अनेक-कण बल अस्पष्ट बने हुए हैं।

कर्नेल आकारयह उनमें मौजूद न्यूक्लियॉन की संख्या पर निर्भर करता है। सभी मल्टीन्यूक्लियॉन नाभिक (ए > 0) के लिए एक नाभिक में न्यूक्लियॉन की संख्या पी (प्रति इकाई आयतन में उनकी संख्या) का औसत घनत्व लगभग समान है। इसका मतलब यह है कि नाभिक का आयतन नाभिकों की संख्या के समानुपाती होता है ए, और इसका रैखिक आकार ~ए 1/3. प्रभावी कोर त्रिज्या आरसंबंध द्वारा निर्धारित होता है:

आर = ए ए 1/3 , (2)

स्थिरांक कहाँ है एके करीब हर्ट्ज, लेकिन इससे भिन्न है और यह इस बात पर निर्भर करता है कि इसे किस भौतिक घटना में मापा जाता है आर. नाभिक के तथाकथित आवेश त्रिज्या के मामले में, नाभिक पर इलेक्ट्रॉनों के बिखरने या ऊर्जा स्तर की स्थिति से मापा जाता है एम- mesoatoms : ए = 1,12 एफ. प्रभावी त्रिज्या अंतःक्रिया प्रक्रियाओं से निर्धारित होती है Hadrons (नाभिक, मेसॉन, ए-कण, आदि) आवेश से थोड़े बड़े नाभिक के साथ: 1.2 से एफ 1.4 तक एफ.

परमाणु पदार्थ का घनत्व सामान्य पदार्थों के घनत्व की तुलना में बहुत अधिक है: यह लगभग 10 14 है जी/सेमी 3. कोर में, आर केंद्रीय भाग में लगभग स्थिर है और परिधि की ओर तेजी से घटता है। अनुभवजन्य डेटा के अनुमानित विवरण के लिए, नाभिक के केंद्र से दूरी r पर r की निम्नलिखित निर्भरता को कभी-कभी स्वीकार किया जाता है:

.

प्रभावी कोर त्रिज्या आरके बराबर आर 0 + बी. मान b नाभिक सीमा के धुंधलापन को दर्शाता है; यह सभी नाभिकों के लिए लगभग समान है (» 0.5 एफ). पैरामीटर r 0 नाभिक की "सीमा" पर दोहरा घनत्व है, जो सामान्यीकरण की स्थिति (न्यूक्लियॉन की संख्या के लिए पी के आयतन अभिन्न अंग की समानता) से निर्धारित होता है ए). (2) से यह पता चलता है कि नाभिक का आकार 10 -13 के परिमाण के क्रम में भिन्न होता है सेमी 10 -12 बजे तक सेमीभारी नाभिक (परमाणु आकार) के लिए ~ 10 -8 सेमी). हालाँकि, सूत्र (2) केवल मोटे तौर पर, महत्वपूर्ण वृद्धि के साथ, नाभिकों की संख्या में वृद्धि के साथ नाभिक के रैखिक आयामों में वृद्धि का वर्णन करता है ए. एक या दो न्यूक्लिऑन जुड़ने की स्थिति में नाभिक के आकार में परिवर्तन नाभिक की संरचना के विवरण पर निर्भर करता है और अनियमित हो सकता है। विशेष रूप से (जैसा कि परमाणु ऊर्जा स्तरों के समस्थानिक बदलाव के माप से पता चलता है), कभी-कभी दो न्यूट्रॉन जुड़ने पर नाभिक की त्रिज्या भी कम हो जाती है।

आणविक स्पेक्ट्रा

मुक्त या कमजोर रूप से बंधे अणुओं से संबंधित प्रकाश का उत्सर्जन, अवशोषण और रमन स्पेक्ट्रा। विशिष्ट सूक्ष्म प्रणालियाँ धारीदार होती हैं; उन्हें स्पेक्ट्रम के यूवी, दृश्यमान और आईआर क्षेत्रों में अधिक या कम संकीर्ण बैंड के एक सेट के रूप में देखा जाता है; वर्णक्रमीय उपकरणों के पर्याप्त रिज़ॉल्यूशन के साथ मोल। धारियाँ निकट दूरी वाली रेखाओं के संग्रह में टूट जाती हैं। एम. एस. की संरचना अलग के लिए अलग अणु में परमाणुओं की संख्या बढ़ने पर अणु अधिक जटिल हो जाते हैं। बहुत जटिल अणुओं के दृश्यमान और यूवी स्पेक्ट्रा एक-दूसरे के समान होते हैं और इसमें कुछ व्यापक निरंतर बैंड होते हैं। एमएस। ऊर्जा स्तरों के बीच क्वांटम संक्रमण के दौरान उत्पन्न होते हैं?" और?" अनुपात के अनुसार अणु:

जहां hv आवृत्ति v के उत्सर्जित या अवशोषित फोटॉन की ऊर्जा है। रमन प्रकीर्णन में, एचवी घटना और बिखरे हुए फोटॉन की ऊर्जा में अंतर के बराबर है। एमएस। परमाणु स्पेक्ट्रा की तुलना में बहुत अधिक जटिल, जो आंतरिक की अधिक जटिलता से निर्धारित होता है अणु में गति, क्योंकि दो या दो से अधिक नाभिकों के सापेक्ष इलेक्ट्रॉनों की गति के अलावा, अणु में दोलन होता है। नाभिक की गति (उनके आस-पास के आंतरिक इलेक्ट्रॉनों के साथ) संतुलन की स्थिति के आसपास होती है और घूमती है। समग्र रूप से इसकी गतिविधियाँ। इलेक्ट्रॉनिक, दोलनशील और घुमाओ. एक अणु की गति तीन प्रकार के ऊर्जा स्तरों -el, ?col और?vr और तीन प्रकार के M. s के अनुरूप होती है।

मात्रा के अनुसार. यांत्रिकी, एक अणु में सभी प्रकार की गति की ऊर्जा केवल कुछ निश्चित मान (मात्राबद्ध) ही ले सकती है। एक अणु की कुल ऊर्जा? इसे लगभग तीन प्रकार की आंतरिक ऊर्जा के अनुरूप मात्राबद्ध ऊर्जा मूल्यों के योग के रूप में दर्शाया जा सकता है। हलचलें:

??el +?col+?vr, (2) और परिमाण के क्रम में

El:?col:?vr = 1: ?m/M:m/M, (3)

जहाँ m इलेक्ट्रॉन का द्रव्यमान है, और M अणु में परमाणुओं के नाभिक के द्रव्यमान के क्रम का है, अर्थात।

एल -> ?गिनती ->?vr. (4) आमतौर पर एल कई ऑर्डर करते हैं। eV (सैकड़ों kJ/mol), ?col = 10-2-10-1 eV, ?vr=10-5-10-3 eV।

एक अणु के ऊर्जा स्तरों की प्रणाली को एक दूसरे से बहुत दूर इलेक्ट्रॉनिक ऊर्जा स्तरों के सेट की विशेषता होती है (disag. ?el at?col=?vr=0)। कंपन स्तर एक दूसरे के बहुत करीब स्थित होते हैं (किसी दिए गए एल और वोल्ट के लिए अंतर मान = 0) और यहां तक ​​कि एक दूसरे के करीब घूर्णी स्तर (किसी दिए गए एल और टीआईआर के लिए वोल्ट के मान)।

चित्र में इलेक्ट्रॉनिक ऊर्जा स्तर ए से बी तक। 1 अणु के संतुलन विन्यास के अनुरूप है। प्रत्येक इलेक्ट्रॉनिक अवस्था एक निश्चित संतुलन विन्यास और एक निश्चित मूल्य से मेल खाती है?एल; सबसे छोटा मान मूल से मेल खाता है। इलेक्ट्रॉनिक अवस्था (अणु का मूल इलेक्ट्रॉनिक ऊर्जा स्तर)।

चावल। 1. एक द्विपरमाणुक अणु के ऊर्जा स्तर का आरेख, ए और बी - इलेक्ट्रॉनिक स्तर; v" और v" क्वांटम हैं। दोलनों की संख्या स्तर; जे" और जे" - क्वांटम। नंबर घुमाए जाते हैं. स्तर.

किसी अणु की इलेक्ट्रॉनिक अवस्थाओं का समुच्चय उसके इलेक्ट्रॉनिक कोश के गुणों से निर्धारित होता है। सिद्धांत रूप में, ?el के मूल्यों की गणना क्वांटम विधियों का उपयोग करके की जा सकती है। हालाँकि, रसायन विज्ञान, इस समस्या को केवल लगभग और अपेक्षाकृत सरल अणुओं के लिए ही हल किया जा सकता है। इसके रसायन द्वारा निर्धारित अणुओं के इलेक्ट्रॉनिक स्तर (उनके स्थान और उनकी विशेषताओं) के बारे में महत्वपूर्ण जानकारी। एम. एस. का अध्ययन करके संरचना प्राप्त की जाती है।

इलेक्ट्रॉनिक ऊर्जा स्तर की एक बहुत ही महत्वपूर्ण विशेषता क्वांटम संख्या 5 का मान है, जो एब्स को निर्धारित करती है। सभी इलेक्ट्रॉनों के कुल स्पिन क्षण का मान। रासायनिक रूप से स्थिर अणुओं में, एक नियम के रूप में, इलेक्ट्रॉनों की संख्या सम होती है, और उनके लिए 5 = 0, 1, 2, । . .; मुख्य के लिए उत्तेजित स्तरों के लिए इलेक्ट्रॉनिक स्तर आमतौर पर 5=0 है - 5 = 0 और 5=1। S=0 वाले स्तर कहलाते हैं। एकल, S=1 - त्रिक के साथ (क्योंकि उनकी बहुलता c=2S+1=3 है)।

द्विपरमाणुक और रैखिक त्रिपरमाणुक अणुओं के मामले में, इलेक्ट्रॉनिक स्तर को क्वांटम मूल्यों द्वारा चित्रित किया जाता है। नंबर एल, जो एब्स निर्धारित करता है। अणु की धुरी पर सभी इलेक्ट्रॉनों की कुल कक्षीय गति के प्रक्षेपण का परिमाण। L=0, 1, 2, ... वाले स्तरों को क्रमशः S, P, D नामित किया गया है। . ., और और शीर्ष बाईं ओर एक सूचकांक द्वारा इंगित किया गया है (उदाहरण के लिए, 3S, 2P)। समरूपता के केंद्र वाले अणुओं के लिए (उदाहरण के लिए, CO2, CH6), सभी इलेक्ट्रॉनिक स्तरों को सम और विषम (क्रमशः जी और यू) में विभाजित किया जाता है, यह इस बात पर निर्भर करता है कि उन्हें परिभाषित करने वाला तरंग फ़ंक्शन उलटा होने पर अपना संकेत बरकरार रखता है या नहीं। समरूपता का केंद्र.

कंपन की मात्रा निर्धारित करके कंपन ऊर्जा का स्तर पाया जा सकता है। ऐसी गतिविधियाँ जिन्हें लगभग हार्मोनिक माना जाता है। एक द्विपरमाणुक अणु (आंतरिक दूरी आर में परिवर्तन के अनुरूप स्वतंत्रता की एक कंपन डिग्री) को एक हार्मोनिक माना जा सकता है। थरथरानवाला, जिसका परिमाणीकरण समान दूरी पर ऊर्जा स्तर देता है:

कहाँ पे वी - मुख्य। हार्मोनिक आवृत्ति अणु का कंपन, v=0, 1, 2, . . .- दोलन क्वांटम. संख्या।

एक बहुपरमाणु अणु की प्रत्येक इलेक्ट्रॉनिक अवस्था के लिए जिसमें N? 3 परमाणु होते हैं और f दोलन होता है। स्वतंत्रता की डिग्री (क्रमशः रैखिक और गैर-रैखिक अणुओं के लिए f=3N-5 और f=3N-6), यह तथाकथित / निकलता है। आवृत्तियों vi(ill, 2, 3, ..., f) के साथ सामान्य दोलन और दोलनों की एक जटिल प्रणाली। उर्जा स्तर:

आवृत्तियों का सेट सामान्य है. मुख्य में उतार-चढ़ाव घटना की इलेक्ट्रॉनिक स्थिति. किसी अणु का एक महत्वपूर्ण गुण, जो उसके रसायन पर निर्भर करता है। इमारतें. एक निश्चित अर्थ में. कंपन में या तो अणु के सभी परमाणु शामिल होते हैं या उनका कोई भाग; परमाणु हार्मोनिक प्रदर्शन करते हैं समान आवृत्ति vi के साथ दोलन, लेकिन भिन्न के साथ आयाम जो कंपन के आकार को निर्धारित करते हैं। सामान्य कंपनों को उनके आकार के अनुसार संयोजकता (रासायनिक बंधों की लंबाई बदलती है) और विरूपण (रासायनिक बंधों के बीच के कोण बदलते हैं - बंध कोण) में विभाजित किया जाता है। निचली समरूपता वाले अणुओं के लिए (एक अणु की समरूपता देखें) f=2 और सभी कंपन गैर-विक्षिप्त हैं; अधिक सममित अणुओं के लिए दोगुने और तिगुने पतित कंपन होते हैं, यानी, आवृत्ति में मेल खाने वाले कंपन के जोड़े और ट्रिपल।

घूर्णन की मात्रा निर्धारित करके घूर्णी ऊर्जा का स्तर पाया जा सकता है। एक अणु की गति को टीवी मानकर। जड़ता के कुछ क्षणों वाला एक शरीर। एक द्विपरमाणुक या रैखिक त्रिपरमाणुक अणु के मामले में, इसकी घूर्णी ऊर्जा है? गति की मात्रा का क्षण. परिमाणीकरण नियमों के अनुसार,

M2=(h/4pi2)J(J+1),

जहां f=0, 1,2,. . .- घूर्णी क्वांटम. संख्या; for?v हमें मिलता है:

Вр=(h2/8pi2I)J(J+1) = hBJ(J+1), (7)

जहां वे घूमते हैं. स्थिरांक B=(h/8piI2)I

ऊर्जा स्तरों के बीच दूरियों के पैमाने को निर्धारित करता है, जो परमाणु द्रव्यमान और आंतरिक दूरी बढ़ने के साथ घटता जाता है।

अंतर. एम.एस. के प्रकार भिन्न होने पर उत्पन्न होते हैं अणुओं के ऊर्जा स्तरों के बीच संक्रमण के प्रकार। (1) और (2) के अनुसार:

D?=?"-?"==D?el+D?col+D?vr,

और इसी तरह (4) D?el->D?count->D?time। D?el?0 पर, इलेक्ट्रॉनिक माइक्रोस्कोपी प्राप्त की जाती है, जिसे दृश्य और यूवी क्षेत्रों में देखा जा सकता है। आमतौर पर D??0 पर D?नंबर?0 और D?समय?0 दोनों; अंतर किसी दिए गए D?el पर गिनती अंतर के अनुरूप होती है। हिलाना धारियां (चित्र 2), और अपघटन। D?vr दिए गए D?el और D?नंबर के लिए। घुमाएँ वे रेखाएँ जिनमें दोलन टूट जाते हैं। धारियाँ (चित्र 3)।

चावल। 2. इलेक्ट्रोइनो-दोलन। निकट यूवी क्षेत्र में एन2 अणु का स्पेक्ट्रम; धारियों के समूह अंतर के अनुरूप हैं। मान Dv= v"-v"।

किसी दिए गए D?el (एक आवृत्ति nel=D?el/h के साथ विशुद्ध रूप से इलेक्ट्रॉनिक संक्रमण के अनुरूप) के साथ बैंड का एक सेट कहा जाता है। पट्टी प्रणाली; धारियां अलग-अलग होती हैं तीव्रता सापेक्ष पर निर्भर करती है संक्रमण संभावनाएं (क्वांटम संक्रमण देखें)।

चावल। 3. घुमाएँ. इलेक्ट्रॉन-कोलस्बेट विभाजन। धारियाँ 3805.0? N2 अणु.

जटिल अणुओं के लिए, किसी दिए गए इलेक्ट्रॉनिक संक्रमण के अनुरूप एक प्रणाली के बैंड आमतौर पर एक व्यापक निरंतर बैंड में विलीन हो जाते हैं; एक दूसरे को और कई बार ओवरलैप कर सकते हैं। ऐसी धारियाँ. जमे हुए कार्बनिक समाधानों में विशिष्ट असतत इलेक्ट्रॉनिक स्पेक्ट्रा देखे जाते हैं। सम्बन्ध।

इलेक्ट्रॉनिक (अधिक सटीक रूप से, इलेक्ट्रॉनिक-कंपन-घूर्णी) स्पेक्ट्रा का अध्ययन ग्लास (दृश्य क्षेत्र) और क्वार्ट्ज (यूवी क्षेत्र, (यूवी विकिरण देखें)) प्रकाशिकी के साथ वर्णक्रमीय उपकरणों का उपयोग करके किया जाता है। जब D?el = 0, और D?col?0, दोलन प्राप्त होते हैं। निकट-आईआर क्षेत्र में देखा गया एमएस आमतौर पर अवशोषण और रमन स्पेक्ट्रा में होता है। एक नियम के रूप में, किसी दिए गए डी के लिए डी? समय की गिनती? 0 और दोलन। पट्टी खंडों में टूट जाती है। घुमाएँ पंक्तियाँ. कंपन के दौरान सबसे तीव्र. एमएस। स्थिति को संतुष्ट करने वाले बैंड Dv=v"- v"=1 (बहुपरमाणु अणुओं के लिए Dvi=v"i- v"i=1 के साथ Dvk=V"k-V"k=0; यहां i और k अलग-अलग सामान्य कंपन निर्धारित करते हैं)। विशुद्ध रूप से सामंजस्यपूर्ण के लिए उतार-चढ़ाव, इन चयन नियमों का कड़ाई से पालन किया जाता है; अनहार्मोनिक के लिए कंपन के लिए बैंड दिखाई देते हैं, जिसके लिए Dv>1 (ओवरटोन); उनकी तीव्रता आमतौर पर कम होती है और डीवी बढ़ने के साथ घटती जाती है। कंपन एमएस। (अधिक सटीक रूप से, कंपन-घूर्णी) का अध्ययन आईआर स्पेक्ट्रोमीटर और फूरियर स्पेक्ट्रोमीटर का उपयोग करके किया जाता है, और रमन स्पेक्ट्रा का अध्ययन लेजर उत्तेजना का उपयोग करके उच्च-एपर्चर स्पेक्ट्रोग्राफ (दृश्य क्षेत्र के लिए) का उपयोग करके किया जाता है। D?el=0 और D?col=0 के साथ, शुद्ध घूर्णन प्राप्त होता है। स्पेक्ट्रा अलग से मिलकर बनता है पंक्तियाँ. वे सुदूर आईआर क्षेत्र और विशेष रूप से माइक्रोवेव क्षेत्र में अवशोषण स्पेक्ट्रा के साथ-साथ रमन स्पेक्ट्रा में भी देखे जाते हैं। द्विपरमाणुक, रैखिक त्रिपरमाणुक अणुओं और काफी सममित अरैखिक अणुओं के लिए, ये रेखाएँ एक दूसरे से समान दूरी पर (आवृत्ति पैमाने पर) होती हैं।

सफाई से घुमाएँ. एमएस। विशेष के साथ आईआर स्पेक्ट्रोमीटर का उपयोग करके अध्ययन किया गया विवर्तन ग्रेटिंग्स (ईचेलेट्स), फूरियर स्पेक्ट्रोमीटर, बैकवर्ड वेव लैंप पर आधारित स्पेक्ट्रोमीटर, माइक्रोवेव (माइक्रोवेव) स्पेक्ट्रोमीटर (सबमिलीमीटर स्पेक्ट्रोस्कोपी, माइक्रोवेव स्पेक्ट्रोस्कोपी देखें), और घुमाएँ। रमन स्पेक्ट्रा - उच्च एपर्चर स्पेक्ट्रोमीटर का उपयोग करना।

माइक्रोस्कोपी के अध्ययन पर आधारित आणविक स्पेक्ट्रोस्कोपी की विधियाँ रसायन विज्ञान में विभिन्न समस्याओं को हल करना संभव बनाती हैं। इलेक्ट्रॉनिक एम. एस. इलेक्ट्रॉनिक कोशों, उत्तेजित ऊर्जा स्तरों और उनकी विशेषताओं, अणुओं की पृथक्करण ऊर्जा के बारे में (पृथक्करण सीमा तक ऊर्जा स्तरों के अभिसरण द्वारा) जानकारी प्रदान करें। दोलनों का अध्ययन. स्पेक्ट्रा आपको अणु में कुछ प्रकार के रसायनों की उपस्थिति के अनुरूप विशिष्ट कंपन आवृत्तियों को खोजने की अनुमति देता है। बांड (उदाहरण के लिए, डबल और ट्रिपल सी-सी बांड, कार्बनिक अणुओं के लिए सी-एच, एन-एच बांड), रिक्त स्थान निर्धारित करते हैं। संरचना, सीआईएस- और ट्रांस-आइसोमर्स के बीच अंतर करें (अणुओं की आइसोमेरिस्टिक्स देखें)। इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रोस्कोपी के तरीके विशेष रूप से व्यापक हैं - सबसे प्रभावी ऑप्टिकल तरीकों में से एक। अणुओं की संरचना का अध्ययन करने की विधियाँ। वे रमन स्पेक्ट्रोस्कोपी विधियों के संयोजन में सबसे संपूर्ण जानकारी प्रदान करते हैं। पढ़ाई घूमेगी. स्पेक्ट्रा, और घुमाएँ भी। इलेक्ट्रॉनिक और कंपन की संरचनाएँ। एमएस। प्रयोगात्मक रूप से पाए गए अणुओं की जड़ता के क्षणों का उपयोग करके बड़ी सटीकता के साथ संतुलन विन्यास के मापदंडों - बंधन की लंबाई और बंधन कोण को खोजने की अनुमति देता है। निर्धारित मापदंडों की संख्या बढ़ाने के लिए समस्थानिक स्पेक्ट्रा का अध्ययन किया जाता है। अणुओं (विशेष रूप से, अणु जिनमें हाइड्रोजन को ड्यूटेरियम द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है) में संतुलन विन्यास के समान पैरामीटर होते हैं, लेकिन भिन्न होते हैं। जड़ता के क्षण.

एमएस। किसी पदार्थ की संरचना निर्धारित करने के लिए वर्णक्रमीय विश्लेषण में भी उनका उपयोग किया जाता है।

• - कमजोर वैन डेर वाल्स बलों या हाइड्रोजन बांड द्वारा एक दूसरे से बंधे अणुओं से बने क्रिस्टल...

  भौतिक विश्वकोश

• - क्वांटम रसायन विज्ञान में, अभिन्न अभिव्यक्तियों का नाम जो मैट्रिक्स में लिखने के लिए उपयोग किया जाता है, इलेक्ट्रॉनिक श्रोडिंगर समीकरण बनाता है, जो एक मल्टीइलेक्ट्रॉन अणु के इलेक्ट्रॉनिक तरंग कार्यों को निर्धारित करता है ...

  रासायनिक विश्वकोश

• - औपचारिक रूप से संयोजकता-संतृप्ति से बनते हैं। अंतरआण्विक अंतःक्रिया की शक्तियों के कारण अणु...

  रासायनिक विश्वकोश

• - वैन डेर वाल्स बलों द्वारा बंधे अणुओं द्वारा निर्मित। अणुओं के अंदर, परमाणु बहुत मजबूत बंधनों से जुड़े होते हैं...

  रासायनिक विश्वकोश

• - ऑर्ग अणुओं का एक दृश्य प्रतिनिधित्व। और गैर-संगठन. यौगिक, किसी को अणु में शामिल परमाणुओं की सापेक्ष स्थिति का न्याय करने की अनुमति देते हैं...

  रासायनिक विश्वकोश

• - विद्युत चुम्बकीय उत्सर्जन और अवशोषण स्पेक्ट्रा। विकिरण और संयोजन...

  रासायनिक विश्वकोश

• - आंशिक रूप से संबंधित देखें...
• - अणुओं के बीच परस्पर क्रिया की ताकतें, जो बाहरी स्थितियों के आधार पर, किसी पदार्थ के एकत्रीकरण की एक या दूसरी अवस्था और कई अन्य भौतिक गुणों को निर्धारित करती हैं...

  हाइड्रोजियोलॉजी और इंजीनियरिंग भूविज्ञान का शब्दकोश

• - ऑप्टिकल अवशोषण, उत्सर्जन और प्रकाश के रमन प्रकीर्णन का स्पेक्ट्रा जो अणुओं के एक ऊर्जा स्तर से दूसरे ऊर्जा स्तर में संक्रमण के दौरान उत्पन्न होता है। एमएस। कमोबेश चौड़ी धारियों, छवियों से युक्त...

  बिग इनसाइक्लोपीडिक पॉलिटेक्निक डिक्शनरी

• - लेखसैक्ट्यूएटरबायोलॉजिकल मोटरबायोलॉजिकल नैनोऑब्जेक्ट्स बायोमेडिकल माइक्रोइलेक्ट्रोमैकेनिकल सिस्टम बायोपॉलिमरड्रग डिलीवरीकीन्सएक चिप पर प्रयोगशाला मेंमल्टीफंक्शनल नैनोकण...

  नैनोटेक्नोलॉजी का विश्वकोश शब्दकोश

• - ऑप्टिकल मुक्त या कमजोर रूप से बंधे अणुओं से संबंधित प्रकाश के उत्सर्जन, अवशोषण और प्रकीर्णन का स्पेक्ट्रा...

  प्राकृतिक विज्ञान। विश्वकोश शब्दकोश

• - चयापचय की जन्मजात त्रुटियाँ, वंशानुगत चयापचय संबंधी विकारों के कारण होने वाली बीमारियाँ। शब्द "एम. बी।" अमेरिकी रसायनज्ञ एल. पॉलिंग द्वारा प्रस्तावित...
• - कमजोर वैन डेर वाल्स बलों या हाइड्रोजन बांड द्वारा एक दूसरे से बंधे अणुओं से बने क्रिस्टल। अणुओं के अंदर, मजबूत सहसंयोजक बंधन परमाणुओं के बीच कार्य करते हैं...

  महान सोवियत विश्वकोश

• - उत्सर्जन और अवशोषण के ऑप्टिकल स्पेक्ट्रा, साथ ही प्रकाश का रमन प्रकीर्णन, मुक्त या कमजोर रूप से परस्पर जुड़े अणुओं से संबंधित। एमएस। एक जटिल संरचना है...

  महान सोवियत विश्वकोश

• - मुक्त या कमजोर रूप से बंधे अणुओं से संबंधित प्रकाश के उत्सर्जन, अवशोषण और प्रकीर्णन का ऑप्टिकल स्पेक्ट्रा...

  बड़ा विश्वकोश शब्दकोश

• - या आंशिक कार्रवाई...

आणविक स्पेक्ट्रा- अवशोषण, उत्सर्जन या प्रकीर्णन स्पेक्ट्रा से उत्पन्न होना क्वांटम संक्रमणएक ऊर्जा से अणु. दूसरे को बताता है. एमएस। अणु की संरचना, उसकी संरचना, रसायन की प्रकृति द्वारा निर्धारित होता है। बाहरी लोगों के साथ संचार और संपर्क क्षेत्र (और, इसलिए, इसके आसपास के परमाणुओं और अणुओं के साथ)। नायब. विशेषताएँ हैं एम. एस. जब कोई नहीं होता तो दुर्लभ आणविक गैसें वर्णक्रमीय रेखाओं का चौड़ीकरणदबाव: ऐसे स्पेक्ट्रम में डॉपलर चौड़ाई वाली संकीर्ण रेखाएँ होती हैं।

चावल। 1. द्विपरमाणुक अणु के ऊर्जा स्तर का आरेख: एऔर बी-इलेक्ट्रॉनिक स्तर; यू" और यू"" - दोलनशील क्वांटम संख्याएं; जे"और जे"" - घूर्णी क्वांटम नंबर.

एक अणु में ऊर्जा स्तर की तीन प्रणालियों के अनुसार - इलेक्ट्रॉनिक, कंपनात्मक और घूर्णी (चित्र 1), एम. एस. इलेक्ट्रॉनिक कंपन का एक सेट शामिल है। और घुमाओ. स्पेक्ट्रा और एल-मैग्न की एक विस्तृत श्रृंखला में स्थित हैं। तरंगें - रेडियो फ्रीक्वेंसी से लेकर एक्स-रे तक। स्पेक्ट्रम के क्षेत्र. घूर्णनों के बीच संक्रमण की आवृत्तियाँ। ऊर्जा स्तर आमतौर पर माइक्रोवेव क्षेत्र (0.03-30 सेमी -1 के तरंग संख्या पैमाने पर), दोलनों के बीच संक्रमण की आवृत्तियों में आते हैं। स्तर - आईआर क्षेत्र में (400-10,000 सेमी -1), और इलेक्ट्रॉनिक स्तरों के बीच संक्रमण की आवृत्तियाँ - स्पेक्ट्रम के दृश्य और यूवी क्षेत्रों में। यह विभाजन सशर्त है, क्योंकि यह अक्सर घूमता रहता है। संक्रमण भी आईआर क्षेत्र में आते हैं, दोलन। संक्रमण - दृश्य क्षेत्र में, और इलेक्ट्रॉनिक संक्रमण - आईआर क्षेत्र में। आमतौर पर, इलेक्ट्रॉनिक संक्रमण कंपन में परिवर्तन के साथ होते हैं। अणु की ऊर्जा, और कंपन के साथ। संक्रमण बदलता है और घूमता है। ऊर्जा। इसलिए, अक्सर इलेक्ट्रॉनिक स्पेक्ट्रम इलेक्ट्रॉन कंपन की प्रणालियों का प्रतिनिधित्व करता है। बैंड, और उच्च रिज़ॉल्यूशन वर्णक्रमीय उपकरण के साथ उनके रोटेशन का पता लगाया जाता है। संरचना। एम. एस में रेखाओं और धारियों की तीव्रता। संबंधित क्वांटम संक्रमण की संभावना से निर्धारित होता है। नायब. तीव्र रेखाएँ अनुमत संक्रमण के अनुरूप हैं चयन नियम.से एम. एस. इसमें ऑगर स्पेक्ट्रा और एक्स-रे स्पेक्ट्रा भी शामिल हैं। अणुओं का स्पेक्ट्रा (लेख में विचार नहीं किया गया; देखें)। ऑगर प्रभाव, ऑगर स्पेक्ट्रोस्कोपी, एक्स-रे स्पेक्ट्रा, एक्स-रे स्पेक्ट्रोस्कोपी).

इलेक्ट्रॉनिक स्पेक्ट्रा. विशुद्ध रूप से इलेक्ट्रॉनिक एम.एस. तब उत्पन्न होता है जब अणुओं की इलेक्ट्रॉनिक ऊर्जा बदलती है, यदि कंपन नहीं बदलता है। और घुमाओ. ऊर्जा। इलेक्ट्रॉनिक एम.एस. अवशोषण (अवशोषण स्पेक्ट्रा) और उत्सर्जन (ल्यूमिनसेंस स्पेक्ट्रा) दोनों में देखे जाते हैं। इलेक्ट्रॉनिक संक्रमण के दौरान, विद्युत ऊर्जा आमतौर पर बदल जाती है। अणु का द्विध्रुव आघूर्ण. इले-कट्रिक। समरूपता प्रकार G के एक अणु की इलेक्ट्रॉनिक अवस्थाओं के बीच द्विध्रुवीय संक्रमण " और जी "" (सेमी। अणुओं की समरूपता) की अनुमति है यदि प्रत्यक्ष उत्पाद Г " जी "" इसमें द्विध्रुव आघूर्ण वेक्टर के कम से कम एक घटक का समरूपता प्रकार शामिल होता है डी . अवशोषण स्पेक्ट्रा में, जमीन (पूरी तरह से सममित) इलेक्ट्रॉनिक अवस्था से उत्तेजित इलेक्ट्रॉनिक अवस्था में संक्रमण आमतौर पर देखा जाता है। यह स्पष्ट है कि ऐसा संक्रमण होने के लिए, उत्तेजित अवस्था की समरूपता प्रकार और द्विध्रुव क्षण का मेल होना चाहिए। क्योंकि बिजली चूंकि द्विध्रुवीय क्षण स्पिन पर निर्भर नहीं करता है, तो इलेक्ट्रॉनिक संक्रमण के दौरान स्पिन को संरक्षित किया जाना चाहिए, यानी, केवल समान बहुलता वाले राज्यों के बीच संक्रमण की अनुमति है (अंतर-संयोजन निषेध)। हालाँकि, यह नियम टूट गया है

मजबूत स्पिन-ऑर्बिट इंटरैक्शन वाले अणुओं के लिए, जो की ओर जाता है अंतरसंयोजन क्वांटम संक्रमण. ऐसे संक्रमणों के परिणामस्वरूप, उदाहरण के लिए, फॉस्फोरेसेंस स्पेक्ट्रा प्रकट होता है, जो उत्तेजित त्रिक अवस्था से जमीनी अवस्था में संक्रमण के अनुरूप होता है। एकल अवस्था.

अणु अलग-अलग इलेक्ट्रॉनिक राज्यों में अक्सर अलग-अलग जियोम होते हैं। समरूपता ऐसे मामलों में, स्थिति जी " जी "" जी डीनिम्न-समरूपता विन्यास वाले बिंदु समूह के लिए किया जाना चाहिए। हालाँकि, क्रमपरिवर्तन-व्युत्क्रम (पीआई) समूह का उपयोग करते समय, यह समस्या उत्पन्न नहीं होती है, क्योंकि सभी राज्यों के लिए पीआई समूह को समान चुना जा सकता है।

समरूपता के रैखिक अणुओं के लिए xy के साथद्विध्रुव आघूर्ण समरूपता का प्रकार डी= एस + (डी जेड)-पी( डी एक्स , डी वाई), इसलिए, उनके लिए केवल संक्रमण एस + - एस +, एस - - एस -, पी - पी, आदि को अणु की धुरी के साथ निर्देशित संक्रमण द्विध्रुवीय क्षण के साथ अनुमति दी जाती है, और संक्रमण एस + - पी, पी - डी , आदि डी. संक्रमण के क्षण के साथ अणु की धुरी के लंबवत निर्देशित (राज्यों के पदनामों के लिए, कला देखें)। अणु).

संभावना मेंइलेक्ट्रिक इलेक्ट्रॉनिक स्तर से द्विध्रुवीय संक्रमण टीइलेक्ट्रॉनिक स्तर पर पी, सभी दोलन-घूर्णी पर संक्षेपित। इलेक्ट्रॉनिक स्तर के स्तर टी, एफ-लॉय द्वारा निर्धारित किया जाता है:

संक्रमण के लिए द्विध्रुव आघूर्ण मैट्रिक्स तत्व एन - एम, य ईपीऔर य ईएम- इलेक्ट्रॉनों के तरंग कार्य। अभिन्न गुणांक अवशोषण, जिसे प्रयोगात्मक रूप से मापा जा सकता है, अभिव्यक्ति द्वारा निर्धारित किया जाता है

कहाँ एनएम- शुरुआत में अणुओं की संख्या स्थिति एम, वीएनएम- संक्रमण आवृत्ति टीपी. अक्सर इलेक्ट्रॉनिक संक्रमणों को थरथरानवाला की ताकत से पहचाना जाता है

कहाँ इऔर अर्थात।- इलेक्ट्रॉन का आवेश और द्रव्यमान। तीव्र परिवर्तन के लिए एफ एनएम~ 1. (1) और (4) से औसत निर्धारित किया जाता है। उत्तेजित अवस्था का जीवनकाल:

ये सूत्र दोलनों के लिए भी मान्य हैं। और घुमाओ. संक्रमण (इस मामले में, द्विध्रुवीय क्षण के मैट्रिक्स तत्वों को फिर से परिभाषित किया जाना चाहिए)। अनुमत इलेक्ट्रॉनिक संक्रमणों के लिए, गुणांक आमतौर पर होता है कई के लिए अवशोषण दोलनों से अधिक परिमाण के आदेश। और घुमाओ. परिवर्तन. कभी-कभी गुणांक अवशोषण ~10 3 -10 4 सेमी -1 एटीएम -1 के मान तक पहुँच जाता है, अर्थात इलेक्ट्रॉनिक बैंड बहुत कम दबाव (~10 -3 - 10 -4 मिमी एचजी) और छोटी मोटाई (~10-100 सेमी) परत पर देखे जाते हैं पदार्थ का.

कंपनात्मक स्पेक्ट्राजब उतार-चढ़ाव बदलता है तो देखा जाता है। ऊर्जा (इलेक्ट्रॉनिक और घूर्णी ऊर्जा नहीं बदलनी चाहिए)। अणुओं के सामान्य कंपन को आमतौर पर गैर-अंतःक्रियात्मक हार्मोनिक्स के एक सेट के रूप में दर्शाया जाता है। ऑसिलेटर्स यदि हम स्वयं को केवल द्विध्रुव आघूर्ण के विस्तार के रैखिक पदों तक ही सीमित रखते हैं डी (अवशोषण स्पेक्ट्रा के मामले में) या ध्रुवीकरण ए (रमन बिखरने के मामले में) सामान्य निर्देशांक के साथ क्यूक, फिर दोलन की अनुमति दी। केवल क्वांटम संख्याओं में से किसी एक में परिवर्तन के साथ संक्रमण को संक्रमण माना जाता है कप्रति यूनिट। ऐसे परिवर्तन मूल के अनुरूप होते हैं हिलाना धारियाँ, उनमें उतार-चढ़ाव होता है। स्पेक्ट्रा मैक्स. गहन।

बुनियादी हिलाना मूल से संक्रमण के अनुरूप एक रैखिक बहुपरमाणुक अणु के बैंड। हिलाना अवस्थाएँ दो प्रकार की हो सकती हैं: समानांतर (||) बैंड, अणु की धुरी के साथ निर्देशित संक्रमण द्विध्रुव क्षण के साथ संक्रमण के अनुरूप, और लंबवत (1) बैंड, अणु की धुरी के लंबवत संक्रमण द्विध्रुव क्षण के साथ संक्रमण के अनुरूप अणु. समानांतर पट्टी में केवल शामिल हैं आर- और आर-शाखाएँ, और लंबवत पट्टी में हैं

समाधान भी किया क्यू-शाखा (चित्र 2)। स्पेक्ट्रम सममित शीर्ष-प्रकार के अणु के अवशोषण बैंड में भी || शामिल होता है और | धारियाँ, लेकिन घुमाएँ। इन धारियों की संरचना (नीचे देखें) अधिक जटिल है; क्यू-शाखा में || लेन की भी अनुमति नहीं है. अनुमत दोलन. धारियाँ इंगित करती हैं वीक. बैंड की तीव्रता वीकव्युत्पन्न के वर्ग पर निर्भर करता है ( डीडी/डीक्यूको ) 2 या ( डीए/ डीक्यूक) 2 . यदि बैंड उत्तेजित अवस्था से उच्चतर अवस्था में संक्रमण से मेल खाता है, तो इसे कहा जाता है। गर्म।

चावल। 2. आईआर अवशोषण बैंड वी 4 अणु एसएफ 6, 0.04 सेमी -1 के रिज़ॉल्यूशन के साथ फूरियर स्पेक्ट्रोमीटर पर प्राप्त किया गया; आला बढ़िया संरचना को दर्शाता है पंक्तियां आर(39), डायोड लेजर से मापा गया 10 -4 सेमी -1 के रिज़ॉल्यूशन वाला स्पेक्ट्रोमीटर.

विस्तारों में कंपन और अरैखिक शब्दों की असंगति को ध्यान में रखते हुए डीऔर एक द्वारा क्यूकआपके लिए चयन नियम द्वारा निषिद्ध परिवर्तन भी संभव हो जाते हैं क. संख्याओं में से किसी एक में परिवर्तन के साथ संक्रमण क 2, 3, 4 आदि पर बुलाया गया। ओवरटोन (दु क=2 - पहला ओवरटोन, डु क=3 - दूसरा ओवरटोन, आदि)। यदि संक्रमण के दौरान दो या अधिक संख्याएँ बदल जाती हैं क, तो ऐसे संक्रमण को कहा जाता है। संयोजनात्मक या कुल (यदि सभी यू कोवृद्धि) और अंतर (यदि आप में से कुछ) कघटाना)। ओवरटोन बैंड 2 नामित हैं वीक, 3वीक, ..., कुल बैंड वीक + वी एल, 2वीक + वी एलआदि, और अंतर बैंड वीक - वी एल, 2वीक - ई एलआदि। बैंड की तीव्रता 2यू क, वीक + वी एलऔर वीक - वी एलपहले और दूसरे डेरिवेटिव पर निर्भर रहें डीद्वारा क्यूक(या एक द्वारा क्यूक) और घन. अनहार्मोनिकिटी गुणांक क्षमता। ऊर्जा; उच्च संक्रमण की तीव्रता गुणांक पर निर्भर करती है। अपघटन की उच्च डिग्री डी(या ए) और क्षमता। द्वारा ऊर्जा क्यूक.

जिन अणुओं में समरूपता तत्व नहीं हैं, उनके लिए सभी कंपनों की अनुमति है। उत्तेजना ऊर्जा के अवशोषण के दौरान और संयोजन के दौरान दोनों में संक्रमण। प्रकाश का प्रकीर्णन. उलटा केंद्र वाले अणुओं के लिए (उदाहरण के लिए, सीओ 2, सी 2 एच 4, आदि), अवशोषण में अनुमत संक्रमण संयोजनों के लिए निषिद्ध हैं। बिखराव, और इसके विपरीत (वैकल्पिक निषेध)। दोलनों के बीच संक्रमण समरूपता प्रकार जी 1 और जी 2 के ऊर्जा स्तर को अवशोषण में अनुमति दी जाती है यदि प्रत्यक्ष उत्पाद जी 1 जी 2 में द्विध्रुवीय क्षण का समरूपता प्रकार होता है, और संयोजन में अनुमति दी जाती है। प्रकीर्णन, यदि उत्पाद Г 1

जी 2 में ध्रुवीकरणीयता टेंसर का समरूपता प्रकार शामिल है। यह चयन नियम अनुमानित है, क्योंकि यह कंपन की परस्पर क्रिया को ध्यान में नहीं रखता है। इलेक्ट्रॉनिक और घूमने के साथ गति। आंदोलनों. इन अंतःक्रियाओं को ध्यान में रखने से उन बैंडों की उपस्थिति होती है जो शुद्ध कंपन के अनुसार निषिद्ध हैं। चयन नियम.

दोलनों का अध्ययन. एमएस। आपको हारमोन स्थापित करने की अनुमति देता है। कंपन आवृत्तियाँ, असाधुता स्थिरांक। उतार-चढ़ाव के अनुसार स्पेक्ट्रा रचना के अधीन हैं। विश्लेषण

व्याख्यान संख्या 6

अणु ऊर्जा

एटमकिसी रासायनिक तत्व का सबसे छोटा कण जिसमें उसके रासायनिक गुण होते हैं, कहलाता है।

एक परमाणु में धनात्मक रूप से आवेशित नाभिक और उसके क्षेत्र में घूमने वाले इलेक्ट्रॉन होते हैं। नाभिक का आवेश सभी इलेक्ट्रॉनों के आवेश के बराबर होता है। आयनकिसी दिए गए परमाणु का विद्युत आवेशित कण तब बनता है जब परमाणु इलेक्ट्रॉन खो देते हैं या प्राप्त कर लेते हैं।

अणुकिसी सजातीय पदार्थ का सबसे छोटा कण है जिसमें उसके मूल रासायनिक गुण होते हैं।

अणु समान या भिन्न परमाणुओं से बने होते हैं जो अंतरपरमाणु रासायनिक बंधों द्वारा एक दूसरे से जुड़े होते हैं।

उन कारणों को समझने के लिए कि विद्युत रूप से तटस्थ परमाणु एक स्थिर अणु क्यों बना सकते हैं, हम खुद को सबसे सरल द्विपरमाणुक अणुओं पर विचार करने तक सीमित रखेंगे, जिसमें दो समान या अलग-अलग परमाणु होते हैं।

किसी अणु में परमाणु को धारण करने वाली शक्तियां बाहरी इलेक्ट्रॉनों की परस्पर क्रिया के कारण होती हैं। जब परमाणु एक अणु में संयोजित होते हैं, तो आंतरिक कोश के इलेक्ट्रॉन अपनी पिछली स्थिति में रहते हैं।

यदि परमाणु एक-दूसरे से काफी दूरी पर हैं, तो वे एक-दूसरे से संपर्क नहीं करते हैं। जैसे-जैसे परमाणु एक-दूसरे के करीब आते हैं, उनके पारस्परिक आकर्षण की शक्तियाँ बढ़ती हैं। परमाणुओं के आकार के बराबर दूरी पर, पारस्परिक प्रतिकर्षण बल प्रकट होते हैं, जो एक परमाणु के इलेक्ट्रॉनों को दूसरे परमाणु के इलेक्ट्रॉन कोश में बहुत गहराई तक प्रवेश करने की अनुमति नहीं देते हैं।

प्रतिकारक शक्तियाँ आकर्षक शक्तियों की तुलना में अधिक "कम दूरी" वाली होती हैं। इसका मतलब यह है कि जैसे-जैसे परमाणुओं के बीच की दूरी बढ़ती है, प्रतिकारक बल आकर्षक बलों की तुलना में तेजी से कम होते जाते हैं।

दूरी के फलन के रूप में परमाणुओं के बीच आकर्षक बल, प्रतिकारक बल और परिणामी अंतःक्रिया बल का ग्राफ इस तरह दिखता है:

एक अणु में इलेक्ट्रॉनों की परस्पर क्रिया ऊर्जा परमाणु नाभिक की पारस्परिक व्यवस्था से निर्धारित होती है और यह दूरी का एक कार्य है, अर्थात

संपूर्ण अणु की कुल ऊर्जा में गतिमान नाभिक की गतिज ऊर्जा भी शामिल होती है।

इस तरह,

.

इसका मतलब यह है कि यह नाभिकों के बीच परस्पर क्रिया की स्थितिज ऊर्जा है।

फिर एक द्विपरमाणुक अणु में परमाणुओं के बीच परस्पर क्रिया के बल का प्रतिनिधित्व करता है।

तदनुसार, परमाणुओं के बीच की दूरी पर एक अणु में परमाणुओं की परस्पर क्रिया की संभावित ऊर्जा की निर्भरता का ग्राफ इस प्रकार है:

किसी अणु में संतुलन अंतरपरमाण्विक दूरी कहलाती है कनेक्शन की लंबाई. मात्रा D कहलाती है आणविक पृथक्करण ऊर्जाया बंधन ऊर्जा.यह संख्यात्मक रूप से उस कार्य के बराबर है जो परमाणुओं के रासायनिक बंधनों को अणुओं में तोड़ने और उन्हें अंतर-परमाणु बलों की कार्रवाई से परे हटाने के लिए किया जाना चाहिए। पृथक्करण ऊर्जा अणु के निर्माण के दौरान जारी ऊर्जा के बराबर है, लेकिन संकेत में विपरीत है। पृथक्करण ऊर्जा नकारात्मक है, और अणु के निर्माण के दौरान निकलने वाली ऊर्जा सकारात्मक है।

किसी अणु की ऊर्जा उसके नाभिक की गति की प्रकृति पर निर्भर करती है। इस गति को ट्रांसलेशनल, रोटेशनल और ऑसिलेटरी में विभाजित किया जा सकता है। एक अणु में परमाणुओं के बीच छोटी दूरी और अणुओं को प्रदान किए गए बर्तन की पर्याप्त बड़ी मात्रा पर, आगे की ऊर्जाएक सतत स्पेक्ट्रम है और इसका औसत मूल्य बराबर है, अर्थात।

घूर्णी ऊर्जाएक अलग स्पेक्ट्रम है और मान ले सकता है

,

जहां I घूर्णी क्वांटम संख्या है;

J अणु का जड़त्व आघूर्ण है।

कंपन गति की ऊर्जाइसका एक अलग स्पेक्ट्रम भी है और यह मान ले सकता है

,

कंपन क्वांटम संख्या कहाँ है;

- इस प्रकार के दोलन की प्राकृतिक आवृत्ति।

जब निम्नतम कंपन स्तर में शून्य ऊर्जा होती है

घूर्णी और स्थानांतरीय गति की ऊर्जा ऊर्जा के गतिज रूप से मेल खाती है, दोलन गति की ऊर्जा संभावित रूप से मेल खाती है। नतीजतन, एक द्विपरमाणुक अणु की कंपन गति के ऊर्जा चरणों को एक ग्राफ पर दर्शाया जा सकता है।

एक द्विपरमाणुक अणु की घूर्णी गति के ऊर्जा चरण एक समान तरीके से स्थित होते हैं, केवल उनके बीच की दूरी कंपन गति के समान चरणों की तुलना में बहुत कम होती है।

अंतरपरमाणु बंधों के मुख्य प्रकार

परमाणु बंधन दो प्रकार के होते हैं: आयनिक (या हेटरोपोलर) और सहसंयोजक (या होम्योपोलर).

आयोनिक बंधऐसे मामलों में होता है जहां एक अणु में इलेक्ट्रॉनों को इस तरह से व्यवस्थित किया जाता है कि एक नाभिक के पास एक अतिरिक्त और दूसरे के पास एक कमी बन जाती है। इस प्रकार, अणु एक दूसरे के प्रति आकर्षित विपरीत संकेतों के दो आयनों से मिलकर बना प्रतीत होता है। आयनिक बंध वाले अणुओं के उदाहरण हैं NaCl, KCl, RbF, CsJवगैरह। तत्वों के परमाणुओं के संयोग से बनता है मैं-ओह, और सातवींमेंडेलीव की आवधिक प्रणाली का -वाँ समूह। इस मामले में, एक परमाणु जिसने अपने साथ एक या अधिक इलेक्ट्रॉन जोड़े हैं, एक नकारात्मक चार्ज प्राप्त कर लेता है और एक नकारात्मक आयन बन जाता है, और एक परमाणु जो संबंधित संख्या में इलेक्ट्रॉन दान करता है वह एक सकारात्मक आयन में बदल जाता है। आयनों के धनात्मक और ऋणात्मक आवेशों का कुल योग शून्य है। इसलिए, आयनिक अणु विद्युत रूप से तटस्थ होते हैं। अणु की स्थिरता सुनिश्चित करने वाली शक्तियां प्रकृति में विद्युत हैं।

एक आयनिक बंधन के घटित होने के लिए यह आवश्यक है कि इलेक्ट्रॉन हटाने की ऊर्जा, यानी सकारात्मक आयन बनाने का कार्य, नकारात्मक आयनों के निर्माण के दौरान निकलने वाली ऊर्जा और उनके परस्पर संबंध की ऊर्जा के योग से कम हो। आकर्षण।

यह बिल्कुल स्पष्ट है कि एक तटस्थ परमाणु से सकारात्मक आयन के निर्माण के लिए उस स्थिति में सबसे कम काम की आवश्यकता होती है जब इलेक्ट्रॉन शेल में स्थित इलेक्ट्रॉनों का निर्माण शुरू हो गया हो।

दूसरी ओर, सबसे बड़ी ऊर्जा तब निकलती है जब एक इलेक्ट्रॉन हैलोजन परमाणुओं से जुड़ता है, जिसमें इलेक्ट्रॉन कोश भरने से पहले एक इलेक्ट्रॉन की कमी होती है। इसलिए, इलेक्ट्रॉनों के स्थानांतरण के माध्यम से एक आयनिक बंधन बनता है, जिससे परिणामी आयनों में भरे हुए इलेक्ट्रॉन कोश का निर्माण होता है।

अन्य प्रकार का कनेक्शन - सहसंयोजक बंधन.

जब समान परमाणुओं से युक्त अणु बनते हैं, तो विपरीत आवेशित आयनों का निर्माण असंभव है। इसलिए, आयनिक बंधन संभव नहीं है। हालाँकि, प्रकृति में ऐसे पदार्थ हैं जिनके अणु समान परमाणुओं से बनते हैं एच 2, ओ 2, एन 2वगैरह। इस प्रकार के पदार्थों में बंधन कहलाता है सहसंयोजकया होम्योपोलर(होमियो - भिन्न [ग्रीक])। इसके अलावा, विभिन्न परमाणुओं वाले अणुओं में सहसंयोजक बंधन भी देखे जाते हैं: हाइड्रोजन फ्लोराइड एचएफ,नाइट्रिक ऑक्साइड नहीं, मीथेन सीएच 4वगैरह।

सहसंयोजक बंधों की प्रकृति को केवल क्वांटम यांत्रिकी के आधार पर ही समझाया जा सकता है। क्वांटम यांत्रिक व्याख्या इलेक्ट्रॉन की तरंग प्रकृति पर आधारित है। किसी परमाणु के केंद्र से दूरी बढ़ने पर उसके बाहरी इलेक्ट्रॉनों का तरंग कार्य अचानक बंद नहीं होता है, बल्कि धीरे-धीरे कम होता जाता है। जैसे-जैसे परमाणु एक-दूसरे के पास आते हैं, बाहरी इलेक्ट्रॉनों के अस्पष्ट इलेक्ट्रॉन बादल आंशिक रूप से ओवरलैप हो जाते हैं, जिससे वे विकृत हो जाते हैं। इलेक्ट्रॉनों की स्थिति में परिवर्तन की सटीक गणना के लिए इंटरैक्शन में भाग लेने वाले सभी कणों की प्रणाली के लिए श्रोडिंगर तरंग समीकरण को हल करने की आवश्यकता होती है। इस पथ की जटिलता और बोझिलता हमें यहां केवल घटना के गुणात्मक विचार तक ही सीमित रखने के लिए मजबूर करती है।

सबसे सरल मामले में एस-एक इलेक्ट्रॉन की अवस्था, इलेक्ट्रॉन बादल एक निश्चित त्रिज्या का एक गोला है। यदि एक सहसंयोजक अणु में दोनों इलेक्ट्रॉनों का आदान-प्रदान होता है तो वह इलेक्ट्रॉन 1, जो पहले नाभिक से संबंधित था " ए", इलेक्ट्रॉन 2 के स्थान पर चला जाएगा, जो नाभिक से संबंधित था" बी",और इलेक्ट्रॉन 2 विपरीत संक्रमण करता है, तो सहसंयोजक अणु की स्थिति में कुछ भी नहीं बदलेगा।

पाउली सिद्धांत विपरीत स्पिन के साथ एक ही स्थिति में दो इलेक्ट्रॉनों के अस्तित्व की अनुमति देता है। उन क्षेत्रों का विलय जहां दोनों इलेक्ट्रॉन स्थित हो सकते हैं, का अर्थ है उनके बीच एक विशेष क्वांटम मैकेनिकल का उद्भव आदान-प्रदान बातचीत. इस मामले में, अणु में प्रत्येक इलेक्ट्रॉन वैकल्पिक रूप से एक या दूसरे नाभिक से संबंधित हो सकता है।

जैसा कि गणना से पता चलता है, एक अणु की विनिमय ऊर्जा सकारात्मक होती है यदि परस्पर क्रिया करने वाले इलेक्ट्रॉनों के स्पिन समानांतर होते हैं, और यदि वे समानांतर नहीं होते हैं तो नकारात्मक होती है।

तो, सहसंयोजक प्रकार का बंधन विपरीत स्पिन वाले इलेक्ट्रॉनों की एक जोड़ी द्वारा प्रदान किया जाता है। यदि आयनिक बंधन में हम एक परमाणु से दूसरे परमाणु में इलेक्ट्रॉनों के स्थानांतरण के बारे में बात कर रहे थे, तो यहां कनेक्शन इलेक्ट्रॉनों को सामान्यीकृत करके और उनके आंदोलन के लिए एक सामान्य स्थान बनाकर किया जाता है।

आणविक स्पेक्ट्रा

आणविक स्पेक्ट्रा परमाणु स्पेक्ट्रा से बहुत भिन्न होते हैं। जबकि परमाणु स्पेक्ट्रा में अलग-अलग रेखाएं होती हैं, आणविक स्पेक्ट्रा में ऐसे बैंड होते हैं जो एक छोर पर तेज होते हैं और दूसरे छोर पर धुंधले होते हैं। इसलिए, आणविक स्पेक्ट्रा भी कहा जाता है धारीदार स्पेक्ट्रा.

आणविक स्पेक्ट्रा में बैंड विद्युत चुम्बकीय तरंगों की अवरक्त, दृश्य और पराबैंगनी आवृत्ति रेंज में देखे जाते हैं। इस मामले में, धारियों को एक निश्चित क्रम में व्यवस्थित किया जाता है, जिससे धारियों की एक श्रृंखला बनती है। स्पेक्ट्रम में कई श्रृंखलाएं होती हैं।

क्वांटम यांत्रिकी आणविक स्पेक्ट्रा की प्रकृति के लिए एक स्पष्टीकरण प्रदान करता है। बहुपरमाणुक अणुओं के स्पेक्ट्रा की सैद्धांतिक व्याख्या बहुत जटिल है। हम स्वयं को केवल द्विपरमाणुक अणुओं पर विचार करने तक ही सीमित रखेंगे।

पहले, हमने नोट किया था कि एक अणु की ऊर्जा परमाणु नाभिक की गति की प्रकृति पर निर्भर करती है और इस ऊर्जा के तीन प्रकारों की पहचान की है: अनुवादात्मक, घूर्णी और कंपनात्मक। इसके अलावा, किसी अणु की ऊर्जा इलेक्ट्रॉनों की गति की प्रकृति से भी निर्धारित होती है। इस प्रकार की ऊर्जा कहलाती है इलेक्ट्रॉनिक ऊर्जाऔर अणु की कुल ऊर्जा का एक घटक है।

इस प्रकार, अणु की कुल ऊर्जा है:

अनुवादात्मक ऊर्जा में परिवर्तन से आणविक स्पेक्ट्रम में वर्णक्रमीय रेखा की उपस्थिति नहीं हो सकती है, इसलिए हम आणविक स्पेक्ट्रा के आगे विचार में इस प्रकार की ऊर्जा को बाहर कर देंगे। तब

बोह्र के आवृत्ति नियम के अनुसार ( तृतीय-बोह्र का अभिधारणा) किसी अणु की ऊर्जा अवस्था में परिवर्तन होने पर उसके द्वारा उत्सर्जित क्वांटम की आवृत्ति के बराबर होती है

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अनुभव और सैद्धांतिक अध्ययनों से यह पता चला है

इसलिए, कमजोर उत्तेजनाओं के साथ ही यह बदलता है, मजबूत उत्तेजनाओं के साथ - और भी मजबूत उत्तेजनाओं के साथ -। आइए विभिन्न प्रकार के आणविक स्पेक्ट्रा पर अधिक विस्तार से चर्चा करें।

अणुओं का घूर्णी स्पेक्ट्रम

आइए ऊर्जा के छोटे हिस्से के साथ विद्युत चुम्बकीय तरंगों के अवशोषण की खोज शुरू करें। जब तक ऊर्जा की मात्रा का मान दो निकटतम स्तरों के बीच की दूरी के बराबर नहीं हो जाता, अणु अवशोषित नहीं करेगा। धीरे-धीरे आवृत्ति बढ़ाते हुए, हम एक अणु को एक घूर्णी चरण से दूसरे तक बढ़ाने में सक्षम क्वांटा तक पहुंच जाएंगे। यह 0.1 -1 मिमी क्रम की अवरक्त तरंगों के क्षेत्र में होता है।

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-वें और -वें ऊर्जा स्तरों पर घूर्णी क्वांटम संख्या के मान कहाँ और हैं।

घूर्णी क्वांटम संख्याएँ और मान हो सकते हैं, अर्थात। उनके संभावित परिवर्तन चयन नियम द्वारा सीमित हैं

एक अणु द्वारा क्वांटम का अवशोषण इसे एक घूर्णी ऊर्जा स्तर से दूसरे, उच्चतर स्तर पर स्थानांतरित करता है, और घूर्णी अवशोषण स्पेक्ट्रम में एक वर्णक्रमीय रेखा की उपस्थिति की ओर जाता है। जैसे-जैसे तरंग दैर्ध्य घटती है (अर्थात संख्या बदलती है), इस क्षेत्र में अवशोषण स्पेक्ट्रम की अधिक से अधिक नई रेखाएँ दिखाई देती हैं। सभी रेखाओं की समग्रता अणु की घूर्णी ऊर्जा अवस्थाओं के वितरण का अंदाजा देती है।

हमने अब तक अणु के अवशोषण स्पेक्ट्रम पर विचार किया है। अणु का उत्सर्जन स्पेक्ट्रम भी संभव है। घूर्णी उत्सर्जन स्पेक्ट्रम में रेखाओं की उपस्थिति अणु के ऊपरी घूर्णी ऊर्जा स्तर से निचले स्तर तक संक्रमण से जुड़ी होती है।

घूर्णी स्पेक्ट्रा सरल अणुओं में अंतरपरमाणु दूरियों को बड़ी सटीकता के साथ निर्धारित करना संभव बनाता है। परमाणुओं की जड़ता के क्षण और द्रव्यमान को जानकर, परमाणुओं के बीच की दूरी निर्धारित करना संभव है। एक द्विपरमाणुक अणु के लिए

अणुओं का कंपन-घूर्णन स्पेक्ट्रम

माइक्रोन की तरंग दैर्ध्य के साथ अवरक्त क्षेत्र में किसी पदार्थ द्वारा विद्युत चुम्बकीय तरंगों का अवशोषण कंपन ऊर्जा स्तरों के बीच संक्रमण का कारण बनता है और अणु के कंपन स्पेक्ट्रम की उपस्थिति की ओर जाता है। हालाँकि, जब किसी अणु की कंपन ऊर्जा का स्तर बदलता है, तो इसकी घूर्णी ऊर्जा की स्थिति भी एक साथ बदल जाती है। दो कंपन ऊर्जा स्तरों के बीच संक्रमण घूर्णी ऊर्जा स्थितियों में परिवर्तन के साथ होता है। इस मामले में, अणु का एक कंपन-घूर्णी स्पेक्ट्रम प्रकट होता है।

यदि कोई अणु एक साथ कंपन करता है और घूमता है, तो उसकी ऊर्जा दो क्वांटम संख्याओं द्वारा निर्धारित की जाएगी और:

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दोनों क्वांटम संख्याओं के चयन नियमों को ध्यान में रखते हुए, हम कंपन-घूर्णी स्पेक्ट्रम की आवृत्तियों के लिए निम्नलिखित सूत्र प्राप्त करते हैं (पिछला सूत्र /एच और पिछले ऊर्जा स्तर को त्यागें, यानी कोष्ठक में शब्द):

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इस मामले में, चिह्न (+) निचले से उच्च घूर्णी स्तर तक संक्रमण से मेल खाता है, और चिह्न (-) विपरीत स्थिति से मेल खाता है। आवृत्ति का कंपन भाग उस वर्णक्रमीय क्षेत्र को निर्धारित करता है जिसमें बैंड स्थित है; घूर्णी भाग पट्टी की बारीक संरचना को निर्धारित करता है, अर्थात। व्यक्तिगत वर्णक्रमीय रेखाओं का विभाजन।

शास्त्रीय अवधारणाओं के अनुसार, किसी द्विपरमाणुक अणु के घूमने या कंपन से विद्युत चुम्बकीय तरंगों का उत्सर्जन तभी हो सकता है, जब अणु में शून्येतर द्विध्रुव आघूर्ण हो। यह स्थिति केवल दो अलग-अलग परमाणुओं द्वारा निर्मित अणुओं के लिए संतुष्ट होती है, अर्थात। असममित अणुओं के लिए.

समान परमाणुओं द्वारा निर्मित एक सममित अणु में शून्य द्विध्रुव क्षण होता है। इसलिए, शास्त्रीय इलेक्ट्रोडायनामिक्स के अनुसार, ऐसे अणु के कंपन और घूर्णन से विकिरण नहीं हो सकता है। क्वांटम सिद्धांत समान परिणामों की ओर ले जाता है।

अणुओं का इलेक्ट्रॉनिक कंपन स्पेक्ट्रम

दृश्य और पराबैंगनी रेंज में विद्युत चुम्बकीय तरंगों के अवशोषण से विभिन्न इलेक्ट्रॉनिक ऊर्जा स्तरों के बीच अणु का संक्रमण होता है, अर्थात। अणु के इलेक्ट्रॉनिक स्पेक्ट्रम की उपस्थिति के लिए। प्रत्येक इलेक्ट्रॉनिक ऊर्जा स्तर इलेक्ट्रॉनों के एक निश्चित स्थानिक वितरण से मेल खाता है, या, जैसा कि वे कहते हैं, असतत ऊर्जा वाले इलेक्ट्रॉनों के एक निश्चित विन्यास से मेल खाता है। इलेक्ट्रॉनों का प्रत्येक विन्यास कई कंपन ऊर्जा स्तरों से मेल खाता है।

दो इलेक्ट्रॉनिक स्तरों के बीच संक्रमण के साथ-साथ कंपन स्तरों के बीच कई परिवर्तन भी होते हैं। इस प्रकार अणु का इलेक्ट्रॉनिक कंपन स्पेक्ट्रम उत्पन्न होता है, जिसमें करीबी रेखाओं के समूह शामिल होते हैं।

प्रत्येक कंपन ऊर्जा अवस्था पर घूर्णी स्तरों की एक प्रणाली आरोपित की जाती है। इसलिए, इलेक्ट्रॉनिक-कंपन संक्रमण के दौरान एक फोटॉन की आवृत्ति तीनों प्रकार की ऊर्जा में परिवर्तन से निर्धारित होगी:

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आवृत्ति - स्पेक्ट्रम की स्थिति निर्धारित करती है।

संपूर्ण इलेक्ट्रॉनिक कंपन स्पेक्ट्रम बैंड के कई समूहों की एक प्रणाली है, जो अक्सर एक-दूसरे को ओवरलैप करते हैं और एक विस्तृत बैंड बनाते हैं।

आणविक स्पेक्ट्रा का अध्ययन और व्याख्या अणुओं की विस्तृत संरचना को समझने की अनुमति देती है और इसका व्यापक रूप से रासायनिक विश्लेषण के लिए उपयोग किया जाता है।

रमन बिखर रहा है

यह घटना इस तथ्य में निहित है कि प्रकीर्णन स्पेक्ट्रम में जो तब होता है जब प्रकाश गैसों, तरल पदार्थों या पारदर्शी क्रिस्टलीय पिंडों से होकर गुजरता है, एक स्थिर आवृत्ति के साथ प्रकाश के प्रकीर्णन के साथ, आवृत्तियों के अनुरूप कई उच्च या निम्न आवृत्तियाँ दिखाई देती हैं। प्रकीर्णन अणुओं के कंपनात्मक या घूर्णी संक्रमण।

रमन प्रकीर्णन की घटना की एक सरल क्वांटम यांत्रिक व्याख्या है। अणुओं द्वारा प्रकाश के प्रकीर्णन की प्रक्रिया को अणुओं के साथ फोटॉनों की बेलोचदार टक्कर के रूप में माना जा सकता है। टकराव के दौरान, एक फोटॉन किसी अणु से केवल उतनी मात्रा में ऊर्जा दे या प्राप्त कर सकता है जो उसके दो ऊर्जा स्तरों के बीच के अंतर के बराबर हो। यदि फोटॉन से टकराते समय कोई अणु कम ऊर्जा वाली अवस्था से उच्च ऊर्जा वाली अवस्था में चला जाता है, तो वह अपनी ऊर्जा खो देता है और उसकी आवृत्ति कम हो जाती है। यह अणु के स्पेक्ट्रम में एक रेखा बनाता है, जो मुख्य के सापेक्ष लंबी तरंग दैर्ध्य की ओर स्थानांतरित हो जाती है। यदि, फोटॉन के साथ टकराव के बाद, एक अणु उच्च ऊर्जा वाले राज्य से कम ऊर्जा वाले राज्य में गुजरता है, तो स्पेक्ट्रम में एक रेखा बनाई जाती है जो मुख्य के सापेक्ष छोटी तरंग दैर्ध्य की ओर स्थानांतरित हो जाती है।

रमन प्रकीर्णन अध्ययन अणुओं की संरचना के बारे में जानकारी प्रदान करता है। इस विधि का उपयोग करके, अणुओं की प्राकृतिक कंपन आवृत्तियों को आसानी से और जल्दी से निर्धारित किया जाता है। यह किसी को अणु की समरूपता की प्रकृति का न्याय करने की भी अनुमति देता है।

चमक

यदि किसी पदार्थ के अणुओं को उनकी औसत गतिज ऊर्जा को बढ़ाए बिना उत्तेजित अवस्था में लाया जा सकता है, अर्थात बिना गर्म किए, तो इन पिंडों की चमक या चमक उत्पन्न होती है।

चमक दो प्रकार की होती है: रोशनीऔर स्फुरदीप्ति.

रोशनील्यूमिनसेंस कहा जाता है, जो ल्यूमिनेसेंस एक्साइटर की क्रिया समाप्त होने के तुरंत बाद बंद हो जाता है।

प्रतिदीप्ति के साथ, उत्तेजित अवस्था से निचले स्तर तक अणुओं का एक सहज संक्रमण होता है। इस प्रकार की चमक की अवधि बहुत कम (लगभग 10 -7 सेकंड) होती है।

स्फुरदीप्तिल्यूमिनसेंस कहा जाता है, जो ल्यूमिनेसेंस एक्साइटर की क्रिया के बाद लंबे समय तक अपनी चमक बरकरार रखता है।

फॉस्फोरेसेंस के दौरान, एक अणु उत्तेजित अवस्था से मेटास्टेबल स्तर तक चला जाता है। मेटास्टेबलयह एक ऐसा स्तर है जहां से निचले स्तर पर संक्रमण की संभावना नहीं है। यदि अणु फिर से उत्तेजित स्तर पर लौटता है तो उत्सर्जन हो सकता है।

मेटास्टेबल अवस्था से उत्तेजित अवस्था में संक्रमण केवल अतिरिक्त उत्तेजना की उपस्थिति में ही संभव है। ऐसा अतिरिक्त रोगज़नक़ पदार्थ का तापमान हो सकता है। उच्च तापमान पर यह संक्रमण तेजी से होता है, कम तापमान पर यह धीरे-धीरे होता है।

जैसा कि हमने पहले ही नोट किया है, प्रकाश के प्रभाव में ल्यूमिनेसेंस कहा जाता है फोटोलुमिनसेंस, इलेक्ट्रॉन बमबारी के प्रभाव में - कैथोडोल्यूमिनसेंस, विद्युत क्षेत्र के प्रभाव में - इलेक्ट्रोल्यूमिनेशन, रासायनिक परिवर्तनों के प्रभाव में - chemiluminescence.

क्वांटम एम्पलीफायर और विकिरण जनरेटर

हमारी सदी के मध्य 50 के दशक में क्वांटम इलेक्ट्रॉनिक्स का तेजी से विकास शुरू हुआ। 1954 में, शिक्षाविदों एन.जी. बसोव और ए.एम. की रचनाएँ यूएसएसआर में दिखाई दीं। प्रोखोरोव, जिसमें सेंटीमीटर रेंज में अल्ट्राशॉर्ट रेडियो तरंगों का एक क्वांटम जनरेटर कहा जाता है मेसर(विकिरण के उत्तेजित उत्सर्जन द्वारा माइक्रोवेयर प्रवर्धन)। दृश्य और अवरक्त क्षेत्रों में प्रकाश के जनरेटर और एम्पलीफायरों की एक श्रृंखला, जो 60 के दशक में दिखाई दी, कहलाती थी ऑप्टिकल क्वांटम जनरेटरया पराबैंगनीकिरण(विकिरण के उत्सर्जन से प्रेरित लाइट प्रवर्धन)।

दोनों प्रकार के उपकरण उत्तेजित या उत्तेजित विकिरण के प्रभाव के आधार पर संचालित होते हैं।

आइए इस प्रकार के विकिरण को अधिक विस्तार से देखें।

इस प्रकार का विकिरण उस पदार्थ के परमाणुओं के साथ विद्युत चुम्बकीय तरंग की परस्पर क्रिया का परिणाम होता है जिससे तरंग गुजरती है।

परमाणुओं में, उच्च ऊर्जा स्तर से निम्न स्तर तक संक्रमण अनायास (या अनायास) होता है। हालाँकि, आपतित विकिरण के प्रभाव में, आगे और पीछे दोनों दिशाओं में ऐसे संक्रमण संभव हैं। इन संक्रमणों को कहा जाता है मजबूरया प्रेरित किया. उत्तेजित स्तरों में से एक से निम्न ऊर्जा स्तर तक मजबूर संक्रमण के दौरान, परमाणु एक फोटॉन उत्सर्जित करता है जो उस फोटॉन के अतिरिक्त होता है जिसके प्रभाव में संक्रमण किया गया था।

इस मामले में, इस फोटॉन के प्रसार की दिशा और, परिणामस्वरूप, सभी उत्तेजित विकिरण की दिशा बाहरी विकिरण के प्रसार की दिशा के साथ मेल खाती है जो संक्रमण का कारण बनी, यानी। उत्तेजित उत्सर्जन ड्राइविंग उत्सर्जन के साथ सख्ती से सुसंगत है.

इस प्रकार, उत्तेजित उत्सर्जन से उत्पन्न नया फोटॉन माध्यम से गुजरने वाले प्रकाश को बढ़ाता है। हालाँकि, प्रेरित उत्सर्जन के साथ-साथ, प्रकाश अवशोषण की प्रक्रिया भी होती है, क्योंकि ड्राइविंग फोटॉन को निम्न ऊर्जा स्तर पर स्थित परमाणु द्वारा अवशोषित किया जाता है, और परमाणु उच्च ऊर्जा स्तर पर चला जाता है। और

पर्यावरण को व्युत्क्रम अवस्था में स्थानांतरित करने की प्रक्रिया कहलाती है पंपपर्यावरण को बढ़ाना. लाभ माध्यम को पंप करने की कई विधियाँ हैं। उनमें से सबसे सरल एक माध्यम का ऑप्टिकल पंपिंग है, जिसमें परमाणुओं को ऐसी आवृत्ति के प्रकाश को विकिरणित करके निचले स्तर से ऊपरी उत्तेजित स्तर तक स्थानांतरित किया जाता है।

व्युत्क्रम अवस्था वाले माध्यम में, उत्तेजित उत्सर्जन परमाणुओं द्वारा प्रकाश के अवशोषण से अधिक हो जाता है, जिसके परिणामस्वरूप प्रकाश की आपतित किरण प्रवर्धित हो जाएगी।

आइए एक ऐसे उपकरण पर विचार करें जो ऐसे मीडिया का उपयोग करता है, जिसका उपयोग ऑप्टिकल रेंज में तरंग जनरेटर के रूप में किया जाता है लेज़र.

इसका मुख्य भाग कृत्रिम माणिक का एक क्रिस्टल है, जो एक एल्यूमीनियम ऑक्साइड है जिसमें कुछ एल्यूमीनियम परमाणुओं को क्रोमियम परमाणुओं द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है। जब एक रूबी क्रिस्टल को तरंग दैर्ध्य 5600 के प्रकाश से विकिरणित किया जाता है, तो क्रोमियम आयन ऊपरी ऊर्जा स्तर पर चले जाते हैं।

जमीनी अवस्था में वापसी संक्रमण दो चरणों में होता है। पहले चरण में, उत्तेजित आयन अपनी ऊर्जा का कुछ हिस्सा क्रिस्टल जाली को छोड़ देते हैं और मेटास्टेबल अवस्था में प्रवेश करते हैं। आयन इस स्तर पर ऊपरी स्तर की तुलना में अधिक समय तक रहते हैं। परिणामस्वरूप, मेटास्टेबल स्तर की व्युत्क्रम स्थिति प्राप्त होती है।

लेज़र में प्रयुक्त रूबी एक छड़ के आकार की होती है जिसका व्यास 0.5 सेमी और लंबाई 4-5 सेमी होती है। इस छड़ के सपाट सिरों को पॉलिश और चांदी से रंगा जाता है ताकि वे एक-दूसरे के सामने दो दर्पण बना सकें, एक उनमें से पारभासी होना. संपूर्ण रूबी रॉड एक स्पंदित इलेक्ट्रॉन ट्यूब के पास स्थित है, जिसका उपयोग माध्यम को वैकल्पिक रूप से पंप करने के लिए किया जाता है। फोटॉन जिनकी गति की दिशाएं माणिक की धुरी के साथ छोटे कोण बनाती हैं, वे इसके सिरों से कई प्रतिबिंबों का अनुभव करते हैं।

इसलिए, क्रिस्टल में उनका मार्ग बहुत लंबा होगा, और इस दिशा में फोटॉन के कैस्केड को सबसे बड़ा विकास प्राप्त होगा।

अन्य दिशाओं में अनायास उत्सर्जित फोटॉन आगे विकिरण पैदा किए बिना क्रिस्टल की पार्श्व सतह से बाहर निकल जाते हैं।

जब अक्षीय किरण पर्याप्त तीव्र हो जाती है, तो इसका कुछ भाग क्रिस्टल के पारभासी सिरे से बाहर की ओर निकल जाता है।

क्रिस्टल के अंदर बड़ी मात्रा में ऊष्मा उत्पन्न होती है। इसलिए, इसे गहनता से ठंडा करना पड़ता है।

लेजर विकिरण में कई विशेषताएं हैं। इसकी विशेषता है:

1. लौकिक और स्थानिक सुसंगति;

2. सख्त मोनोक्रोमैटिक;

3. उच्च शक्ति;

4. किरण संकीर्णता.

विकिरण की उच्च सुसंगतता रेडियो संचार के लिए, विशेष रूप से अंतरिक्ष में दिशात्मक रेडियो संचार के लिए लेज़रों के उपयोग की व्यापक संभावनाओं को खोलती है। यदि प्रकाश को मॉड्यूलेट और डिमोड्यूलेट करने का कोई तरीका मिल जाए, तो बड़ी मात्रा में जानकारी प्रसारित करना संभव होगा। इस प्रकार, प्रेषित सूचना की मात्रा के संदर्भ में, एक लेजर संयुक्त राज्य अमेरिका के पूर्वी और पश्चिमी तटों के बीच संपूर्ण संचार प्रणाली को प्रतिस्थापित कर सकता है।

लेजर बीम की कोणीय चौड़ाई इतनी छोटी है कि, टेलीस्कोपिक फोकसिंग का उपयोग करके, चंद्र सतह पर 3 किमी के व्यास के साथ प्रकाश का एक स्थान प्राप्त करना संभव है। बीम की उच्च शक्ति और संकीर्णता, लेंस का उपयोग करके ध्यान केंद्रित करने पर, ऊर्जा प्रवाह घनत्व से 1000 गुना अधिक ऊर्जा प्रवाह घनत्व प्राप्त करने की अनुमति देती है जो सूर्य के प्रकाश पर ध्यान केंद्रित करके प्राप्त किया जा सकता है। प्रकाश की ऐसी किरणों का उपयोग मशीनिंग और वेल्डिंग, रासायनिक प्रतिक्रियाओं के पाठ्यक्रम को प्रभावित करने आदि के लिए किया जा सकता है।

उपरोक्त लेज़र की सभी क्षमताओं को समाप्त नहीं करता है। यह बिल्कुल नए प्रकार का प्रकाश स्रोत है और इसके अनुप्रयोग के सभी संभावित क्षेत्रों की कल्पना करना अभी भी कठिन है।