მოლეკულური სპექტრების ცხრილი. მოლეკულური სპექტრები

მიუხედავად იმისა, რომ ატომური სპექტრები შედგება ცალკეული ხაზებისგან, მოლეკულური სპექტრები, საშუალო გამხსნელი სიმძლავრის ინსტრუმენტით დაკვირვებისას, როგორც ჩანს, შედგება (იხ. სურ. 40.1, რომელიც გვიჩვენებს სპექტრის მონაკვეთს, რომელიც წარმოიქმნება ჰაერში მბზინავი გამონადენის შედეგად).

მაღალი გარჩევადობის ინსტრუმენტების გამოყენებისას აღმოჩენილია, რომ ზოლები შედგება დიდი რაოდენობით მჭიდროდ დაშორებული ხაზებისგან (იხ. სურ. 40.2, რომელიც გვიჩვენებს აზოტის მოლეკულების სპექტრის ერთ-ერთი ზოლის წვრილ სტრუქტურას).

მათი ბუნების შესაბამისად, მოლეკულების სპექტრებს უწოდებენ ზოლიან სპექტრებს. იმის მიხედვით, თუ რა სახის ენერგია (ელექტრონული, ვიბრაციული ან ბრუნვითი) იწვევს მოლეკულის მიერ ფოტონის გამოყოფას, განასხვავებენ ზოლების სამ ტიპს: 1) ბრუნვის, 2) ვიბრაციულ-ბრუნვის და 3) ელექტრონულ-ვიბრაციული. ზოლები ნახ. 40.1 ეკუთვნის ელექტრონულ ვიბრაციულ ტიპს. ამ ტიპის ზოლები ხასიათდება მკვეთრი კიდის არსებობით, რომელსაც ეწოდება ზოლის კიდე. ასეთი ზოლის მეორე კიდე ბუნდოვანი აღმოჩნდება. კიდეები გამოწვეულია ზოლების შემქმნელი ხაზების კონდენსაციის შედეგად. ბრუნვისა და რხევა-ბრუნვის ზოლებს არ აქვთ კიდე.

ჩვენ შემოვიფარგლებით დიატომური მოლეკულების ბრუნვისა და ვიბრაციულ-ბრუნვის სპექტრების გათვალისწინებით. ასეთი მოლეკულების ენერგია შედგება ელექტრონული, ვიბრაციული და ბრუნვის ენერგიებისაგან (იხ. ფორმულა (39.6)). მოლეკულის ძირითად მდგომარეობაში სამივე ტიპის ენერგიას აქვს მინიმალური მნიშვნელობა. როდესაც მოლეკულას ეძლევა საკმარისი რაოდენობის ენერგია, ის გადადის აღგზნებულ მდგომარეობაში და შემდეგ, შერჩევის წესებით დაშვებული გადასვლას ერთ-ერთ ქვედა ენერგეტიკულ მდგომარეობაზე, ასხივებს ფოტონს:

(უნდა გავითვალისწინოთ, რომ ორივე და განსხვავდება მოლეკულის სხვადასხვა ელექტრონული კონფიგურაციისთვის).

წინა პუნქტში ნათქვამი იყო, რომ

მაშასადამე, სუსტი აგზნების დროს ის იცვლება მხოლოდ უფრო ძლიერებთან - და მხოლოდ უფრო ძლიერი აგზნებით იცვლება მოლეკულის ელექტრონული კონფიგურაცია, ე.ი.

მბრუნავი ზოლები. ფოტონებს, რომლებიც შეესაბამება მოლეკულის გადასვლას ერთი ბრუნვის მდგომარეობიდან მეორეში, აქვთ ყველაზე დაბალი ენერგია (ელექტრონული კონფიგურაცია და ვიბრაციული ენერგია არ იცვლება):

კვანტური რიცხვის შესაძლო ცვლილებები შემოიფარგლება შერჩევის წესით (39.5). ამრიგად, ბრუნვის დონეებს შორის გადასვლისას გამოსხივებული ხაზების სიხშირეს შეიძლება ჰქონდეს შემდეგი მნიშვნელობები:

სად არის იმ დონის კვანტური რიცხვი, რომელზეც ხდება გადასვლა (მას შეიძლება ჰქონდეს მნიშვნელობები: 0, 1, 2, ...) და

ნახ. ნახაზი 40.3 გვიჩვენებს როტაციული ზოლის წარმოქმნის დიაგრამას.

ბრუნვის სპექტრი შედგება თანაბრად დაშორებული ხაზებისგან, რომლებიც მდებარეობს ძალიან შორს ინფრაწითელ რეგიონში. ხაზებს შორის მანძილის გაზომვით შეგიძლიათ განსაზღვროთ მუდმივი (40.1) და იპოვოთ მოლეკულის ინერციის მომენტი. შემდეგ, ბირთვების მასების ცოდნით, შეიძლება გამოვთვალოთ მათ შორის წონასწორული მანძილი დიატომურ მოლეკულაში.

ტყუილის ხაზებს შორის მანძილი არის სიდიდის რიგის, ასე რომ მოლეკულების ინერციის მომენტებისთვის მიიღება სიდიდის რიგის მნიშვნელობები, მაგალითად, მოლეკულისთვის, რაც შეესაბამება.

ვიბრაციულ-ბრუნვის ზოლები. იმ შემთხვევაში, როდესაც გადასვლისას იცვლება მოლეკულის როგორც ვიბრაციის, ისე ბრუნვის მდგომარეობა (ნახ. 40.4), გამოსხივებული ფოტონის ენერგია ტოლი იქნება.

v კვანტური რიცხვისთვის გამოიყენება შერჩევის წესი (39.3), J-სთვის მოქმედებს წესი (39.5).

ვინაიდან ფოტონის ემისია შეიძლება შეინიშნოს არა მხოლოდ და ზე. თუ ფოტონების სიხშირეები განისაზღვრება ფორმულით

სადაც J არის ქვედა დონის ბრუნვის კვანტური რიცხვი, რომელსაც შეუძლია მიიღოს შემდეგი მნიშვნელობები: 0, 1, 2, ; B - მნიშვნელობა (40.1).

თუ ფოტონის სიხშირის ფორმულას აქვს ფორმა

სად არის ქვედა დონის ბრუნვის კვანტური რიცხვი, რომელსაც შეუძლია მიიღოს მნიშვნელობები: 1, 2, ... (ამ შემთხვევაში მას არ შეიძლება ჰქონდეს მნიშვნელობა 0, რადგან J იქნება -1-ის ტოლი).

ორივე შემთხვევა შეიძლება დაიფაროს ერთი ფორმულით:

ამ ფორმულით განსაზღვრული სიხშირის მქონე ხაზების სიმრავლეს ვიბრაციულ-ბრუნვის ზოლი ეწოდება. სიხშირის ვიბრაციული ნაწილი განსაზღვრავს სპექტრულ რეგიონს, რომელშიც მდებარეობს ზოლი; მბრუნავი ნაწილი განსაზღვრავს ზოლის წვრილ სტრუქტურას, ანუ ცალკეული ხაზების გაყოფას. რეგიონი, რომელშიც განლაგებულია ვიბრაციულ-როტაციული ზოლები, ვრცელდება დაახლოებით 8000-დან 50000 ა-მდე.

ნახ. 40.4 ცხადია, რომ ვიბრაციულ-ბრუნვის ზოლი შედგება სიმეტრიული ხაზების ერთობლიობისგან, ერთმანეთისგან დაშორებული მხოლოდ ზოლის შუაში, მანძილი ორჯერ დიდია, რადგან სიხშირის მქონე ხაზი არ ჩანს.

ვიბრაციულ-ბრუნვის ზოლის კომპონენტებს შორის მანძილი დაკავშირებულია მოლეკულის ინერციის მომენტთან იმავე დამოკიდებულებით, როგორც ბრუნვის ზოლის შემთხვევაში, ასე რომ, ამ მანძილის გაზომვით, მოლეკულის ინერციის მომენტი შეიძლება იყოს ნაპოვნია.

გაითვალისწინეთ, რომ თეორიის დასკვნების სრული შესაბამისად, ბრუნვისა და ვიბრაციულ-ბრუნვის სპექტრები ექსპერიმენტულად შეინიშნება მხოლოდ ასიმეტრიული დიატომიური მოლეკულებისთვის (ანუ ორი განსხვავებული ატომისგან წარმოქმნილი მოლეკულებისთვის). სიმეტრიული მოლეკულებისთვის დიპოლური მომენტი არის ნული, რაც იწვევს ბრუნვისა და ვიბრაციულ-ბრუნვითი გადასვლების აკრძალვას. ელექტრონული ვიბრაციული სპექტრები შეინიშნება როგორც ასიმეტრიული, ასევე სიმეტრიული მოლეკულებისთვის.

მოლეკულური სპექტრები,ოპტიკური ემისიის და შთანთქმის სპექტრები, ასევე რამანის გაფანტვა, მიეკუთვნება თავისუფალ ან თავისუფლად დაკავშირებულს მოლეკულები. Ქალბატონი. აქვს რთული სტრუქტურა. ტიპიური M. s. - ზოლიანი, ისინი შეინიშნება ემისიაში და შთანთქმაში და რამანის გაფანტვაში მეტ-ნაკლებად ვიწრო ზოლების ერთობლიობის სახით ულტრაიისფერ, ხილულ და ახლო ინფრაწითელ რაიონებში, რომლებიც იშლება სპექტრული ინსტრუმენტების საკმარისი გამხსნელობით. მჭიდროდ დაშორებული ხაზების ნაკრები. მ.ს სპეციფიკური სტრუქტურა. განსხვავებულია სხვადასხვა მოლეკულისთვის და, ზოგადად, უფრო რთული ხდება მოლეკულაში ატომების რაოდენობის მატებასთან ერთად. ძალიან რთული მოლეკულებისთვის ხილული და ულტრაიისფერი სპექტრები შედგება რამდენიმე ფართო უწყვეტი ზოლისგან; ასეთი მოლეკულების სპექტრები ერთმანეთის მსგავსია.

Ქალბატონი. წარმოიქმნება, როდესაც კვანტური გადასვლები შორის ენერგიის დონეებიე' და ე'' მოლეკულები თანაფარდობის მიხედვით

თ n = ე‘ - ე‘’, (1)

სად თ n - ემიტირებული შთანთქმის ენერგია ფოტონი სიხშირე n ( თ -პლანკის მუდმივი ). რამანის გაფანტვით თ n უდრის სხვაობას ინციდენტის ენერგიასა და გაფანტულ ფოტონებს შორის. Ქალბატონი. ბევრად უფრო რთული ვიდრე ხაზოვანი ატომური სპექტრები, რაც განისაზღვრება მოლეკულაში შინაგანი მოძრაობების უფრო დიდი სირთულით, ვიდრე ატომებში. მოლეკულებში ორ ან მეტ ბირთვთან მიმართებაში ელექტრონების მოძრაობასთან ერთად, ბირთვების ვიბრაციული მოძრაობა (მათ გარემომცველ შიდა ელექტრონებთან ერთად) ხდება წონასწორობის პოზიციებისა და მთლიანი მოლეკულის ბრუნვის მოძრაობის გარშემო. მოძრაობის ეს სამი ტიპი - ელექტრონული, ვიბრაციული და ბრუნვითი - შეესაბამება სამი ტიპის ენერგიის დონეს და სამი ტიპის სპექტრს.

კვანტური მექანიკის მიხედვით, მოლეკულაში ყველა სახის მოძრაობის ენერგიას შეუძლია მიიღოს მხოლოდ გარკვეული მნიშვნელობები, ანუ კვანტურია. მოლეკულის მთლიანი ენერგია ეშეიძლება იყოს დაახლოებით წარმოდგენილი, როგორც მისი მოძრაობის სამი ტიპის კვანტური ენერგიის მნიშვნელობების ჯამი:

ე = ე el + ედათვლა + ეროტაცია (2)

სიდიდის მიხედვით

სად მარის ელექტრონის მასა და სიდიდე მაქვს მოლეკულაში ატომის ბირთვების მასის რიგი, ე.ი. მ/მ~ 10 -3 -10 -5, შესაბამისად:

ეფოსტა >> ედათვლა >> ეროტაცია (4)

ჩვეულებრივ ედაახლოებით რამდენიმე ევ(რამდენიმე ასეული კჯ/მოლ), ედათვალეთ ~ 10 -2 -10 -1 eV, Eროტაცია ~ 10 -5 -10 -3 ევ.

(4) შესაბამისად, მოლეკულის ენერგეტიკული დონეების სისტემა ხასიათდება ერთმანეთისგან შორს დაშორებული ელექტრონული დონის სიმრავლით (სხვადასხვა მნიშვნელობები ე el at ედათვლა = ეროტაცია = 0), ვიბრაციული დონეები მდებარეობს ერთმანეთთან ბევრად უფრო ახლოს (სხვადასხვა მნიშვნელობები ეითვლიან მოცემულზე ელ და ეროტაცია = 0) და კიდევ უფრო მჭიდროდ დაშორებული ბრუნვის დონეები (სხვადასხვა მნიშვნელობები ეროტაცია მოცემული ეელ და ედათვლა).

ელექტრონული ენერგიის დონეები ( ე el in (2) შეესაბამება მოლეკულის წონასწორობის კონფიგურაციას (დიატომური მოლეკულის შემთხვევაში, რომელიც ხასიათდება წონასწორობის მნიშვნელობით რ 0 ბირთვული მანძილი რ.თითოეული ელექტრონული მდგომარეობა შეესაბამება გარკვეულ წონასწორობის კონფიგურაციას და გარკვეულ მნიშვნელობას ეელ; ყველაზე დაბალი მნიშვნელობა შეესაბამება ენერგიის ძირითად დონეს.

მოლეკულის ელექტრონული მდგომარეობების სიმრავლე განისაზღვრება მისი ელექტრონული გარსის თვისებებით. პრინციპში ღირებულებები ე el შეიძლება გამოითვალოს მეთოდების გამოყენებით კვანტური ქიმია, თუმცა, ამ პრობლემის გადაჭრა შესაძლებელია მხოლოდ მიახლოებითი მეთოდებით და შედარებით მარტივი მოლეკულებისთვის. ყველაზე მნიშვნელოვანი ინფორმაცია მოლეკულის ელექტრონული დონის შესახებ (ელექტრონული ენერგიის დონეების მდებარეობა და მათი მახასიათებლები), რომელიც განისაზღვრება მისი ქიმიური სტრუქტურით, მიღებულია მისი მოლეკულური სტრუქტურის შესწავლით.

მოცემული ელექტრონული ენერგიის დონის ძალიან მნიშვნელოვანი მახასიათებელია მნიშვნელობა კვანტური რიცხვი S,ახასიათებს მოლეკულის ყველა ელექტრონის მთლიანი სპინის მომენტის აბსოლუტური მნიშვნელობა. ქიმიურად სტაბილურ მოლეკულებს ჩვეულებრივ აქვთ ელექტრონების ლუწი რაოდენობა და მათთვის ს= 0, 1, 2... (მთავარი ელექტრონული დონისთვის ტიპიური მნიშვნელობა არის ს= 0 და აღელვებულთათვის - ს= 0 და ს= 1). დონეები ერთად ს= 0-ს უწოდებენ ერთეულს, ერთად ს= 1 - სამეული (რადგან ურთიერთქმედება მოლეკულაში იწვევს მათ დაყოფას c = 2-ად ს+ 1 = 3 ქვედონე) . თან თავისუფალი რადიკალები მათ აქვთ, როგორც წესი, კენტი რაოდენობის ელექტრონები ს= 1/2, 3/2, ... და მნიშვნელობა ტიპიურია როგორც ძირითადი, ასევე აღფრთოვანებული დონისთვის ს= 1/2 (ორმაგი დონეები იყოფა c = 2 ქვედონედ).

მოლეკულებისთვის, რომელთა წონასწორობის კონფიგურაციას აქვს სიმეტრია, ელექტრონული დონეები შეიძლება შემდგომ კლასიფიცირდეს. დიატომური და წრფივი ტრიატომური მოლეკულების შემთხვევაში, რომლებსაც აქვთ სიმეტრიის ღერძი (უსასრულო რიგის), რომელიც გადის ყველა ატომის ბირთვში. , ელექტრონული დონეები ხასიათდება კვანტური რიცხვის l მნიშვნელობებით, რომელიც განსაზღვრავს ყველა ელექტრონის მთლიანი ორბიტალური იმპულსის პროექციის აბსოლუტურ მნიშვნელობას მოლეკულის ღერძზე. დონეები l = 0, 1, 2, ... აღინიშნება S, P, D..., შესაბამისად, და c-ის მნიშვნელობა მითითებულია მარცხნივ ზედა ინდექსით (მაგალითად, 3 S, 2 p, ...). სიმეტრიის ცენტრის მქონე მოლეკულებისთვის, მაგალითად CO 2 და C 6 H 6 , ყველა ელექტრონული დონე იყოფა ლუწ და კენტებად, რომლებიც მითითებულია ინდექსებით გდა u(დამოკიდებულია იმაზე, ინარჩუნებს თუ არა ტალღური ფუნქცია თავის ნიშანს სიმეტრიის ცენტრში შებრუნებისას თუ შეცვლის მას).

ვიბრაციული ენერგიის დონეები (მნიშვნელობები ერაოდენობა) შეიძლება მოიძებნოს რხევითი მოძრაობის კვანტიზირებით, რომელიც დაახლოებით ჰარმონიულად ითვლება. დიატომური მოლეკულის უმარტივეს შემთხვევაში (თავისუფლების ერთი ვიბრაციული ხარისხი, რომელიც შეესაბამება ბირთვთაშორისი მანძილის ცვლილებას რ) ითვლება ჰარმონიულად ოსცილატორი; მისი კვანტიზაცია იძლევა თანაბრად დაშორებულ ენერგეტიკულ დონეებს:

ედათვლა = თ n e (u +1/2), (5)

სადაც n e არის მოლეკულის ჰარმონიული ვიბრაციების ფუნდამენტური სიხშირე, u არის ვიბრაციული კვანტური რიცხვი, რომელიც იღებს მნიშვნელობებს 0, 1, 2, ... პოლიატომური მოლეკულის თითოეული ელექტრონული მდგომარეობისთვის, რომელიც შედგება ნატომები ( ნ³ 3) და მქონე ვთავისუფლების ვიბრაციული ხარისხი ( ვ = 3ნ- 5 და ვ = 3ნ- 6 ხაზოვანი და არაწრფივი მოლეკულებისთვის, შესაბამისად), გამოდის ვე. წ ნორმალური ვიბრაციები სიხშირეებით n i ( მე = 1, 2, 3, ..., ვ) და ვიბრაციის დონეების რთული სისტემა:

სად u i = 0, 1, 2, ... არის შესაბამისი ვიბრაციული კვანტური რიცხვები. ნორმალური ვიბრაციების სიხშირეების ერთობლიობა მიწისქვეშა ელექტრონულ მდგომარეობაში არის მოლეკულის ძალიან მნიშვნელოვანი მახასიათებელი, რაც დამოკიდებულია მის ქიმიურ სტრუქტურაზე. მოლეკულის ატომების მთელი ან ნაწილი მონაწილეობს გარკვეულ ნორმალურ ვიბრაციაში; ატომები ასრულებენ ჰარმონიულ ვიბრაციას იგივე სიხშირით ვი, მაგრამ სხვადასხვა ამპლიტუდებით, რომლებიც განსაზღვრავენ ვიბრაციის ფორმას. ჩვეულებრივი ვიბრაციები მათი ფორმის მიხედვით იყოფა გაჭიმვად (რომელშიც იცვლება კავშირის ხაზების სიგრძე) და ღუნვით (რომელშიც იცვლება ქიმიურ ბმებს შორის კუთხეები - ბმის კუთხეები). სხვადასხვა ვიბრაციის სიხშირეების რაოდენობა დაბალი სიმეტრიის მოლეკულებისთვის (2-ზე მაღალი რიგის ღერძების სიმეტრიის გარეშე) უდრის 2-ს და ყველა ვიბრაცია არადეგენერატიულია, ხოლო უფრო სიმეტრიული მოლეკულებისთვის არის ორმაგად და სამჯერ გადაგვარებული ვიბრაციები (წყვილი და სამეული. ვიბრაციები, რომლებიც ემთხვევა სიხშირეს). მაგალითად, არაწრფივ ტრიატომურ მოლეკულაში H 2 O ვ= 3 და სამი არადეგენერაციული ვიბრაცია შესაძლებელია (ორი გაჭიმვა და ერთი მოხრა). უფრო სიმეტრიული წრფივი ტრიატომური CO 2 მოლეკულა აქვს ვ= 4 - ორი არადეგენერაციული ვიბრაცია (გაჭიმვა) და ერთი ორმაგად გადაგვარებული (დეფორმაცია). ბრტყელი უაღრესად სიმეტრიული მოლეკულისთვის C 6 H 6 გამოდის ვ= 30 - ათი არადეგენერაციული და 10 ორმაგად გადაგვარებული რხევა; აქედან 14 ვიბრაცია ხდება მოლეკულის სიბრტყეში (8 გაჭიმვა და 6 მოხრილი) და 6 სიბრტყის გარეთ მოხრის ვიბრაცია - ამ სიბრტყის პერპენდიკულარულად. კიდევ უფრო სიმეტრიული ტეტრაედრული CH 4 მოლეკულა აქვს f = 9 - ერთი არადეგენერაციული ვიბრაცია (გაჭიმვა), ერთი ორმაგად გადაგვარებული (დეფორმაცია) და ორი სამჯერ გადაგვარებული (ერთი გაჭიმვა და ერთი დეფორმაცია).

ბრუნვის ენერგიის დონეების პოვნა შესაძლებელია მოლეკულის ბრუნვის მოძრაობის კვანტიზირების გზით, მას, როგორც მყარ ნაწილს გარკვეული ინერციის მომენტები. დიატომური ან ხაზოვანი პოლიატომური მოლეკულის უმარტივეს შემთხვევაში, მისი ბრუნვის ენერგია

სად მეარის მოლეკულის ინერციის მომენტი მოლეკულის ღერძის პერპენდიკულარული ღერძის მიმართ და მ- იმპულსის ბრუნვის მომენტი. კვანტიზაციის წესების მიხედვით,

სად არის ბრუნვის კვანტური რიცხვი ჯ= 0, 1, 2, ... და, შესაბამისად, ამისთვის ემიღებული როტაცია:

სადაც ბრუნვის მუდმივი განსაზღვრავს ენერგეტიკულ დონეებს შორის მანძილების მასშტაბს, რომელიც მცირდება ბირთვული მასების და ბირთვთაშორისი მანძილების მატებასთან ერთად.

სხვადასხვა სახის M. s. წარმოიქმნება მოლეკულების ენერგეტიკულ დონეებს შორის სხვადასხვა სახის გადასვლის დროს. (1) და (2) მიხედვით

დ ე = ე‘ - ე'' = დ ე el + D ედათვლა + დ ეროტაცია, (8)

სადაც იცვლება დ ეელ, დ ედათვლა და დ ეელექტრონული, ვიბრაციული და ბრუნვის ენერგიების ბრუნვა აკმაყოფილებს პირობას:

დ ე el >> დ ედათვლა >> დ ეროტაცია (9)

[დონეებს შორის მანძილი ისეთივე რიგია, როგორც თავად ენერგიები ეელ, ეოლ და ეროტაცია, დამაკმაყოფილებელი პირობა (4)].

დ ე el ¹ 0, მიიღება ელექტრონული მიკროსკოპია, დაკვირვებადი ხილულ და ულტრაიისფერ (UV) რეგიონებში. ჩვეულებრივ დ ე el ¹ 0 ერთდროულად D ენომერი 0 და D ეროტაცია ¹ 0; განსხვავებული დ ედაითვალეთ მოცემული D ე el შეესაბამება სხვადასხვა ვიბრაციულ ზოლებს და განსხვავებულ D ეროტაცია მოცემულ D-ზე ეელ და დ ედათვლა - ინდივიდუალური ბრუნვის ხაზები, რომლებშიც იშლება ეს ზოლი; მიიღება დამახასიათებელი ზოლიანი სტრუქტურა.

N 2 მოლეკულის ელექტრონულ-ვიბრაციული ზოლის 3805 ბრუნვითი გაყოფა

ზოლების ნაკრები მოცემული D-ით ე el (შეესაბამება წმინდა ელექტრონულ გადასვლას სიხშირით ვ el = D ეფოსტა/ თ) ეწოდება ზოლის სისტემას; ცალკეულ ზოლებს აქვთ სხვადასხვა ინტენსივობა, რაც დამოკიდებულია გადასვლების ფარდობით ალბათობაზე, რაც შეიძლება დაახლოებით გამოითვალოს კვანტური მექანიკური მეთოდებით. რთული მოლეკულებისთვის, ერთი სისტემის ზოლები, რომლებიც შეესაბამება მოცემულ ელექტრონულ გადასასვლელს, ჩვეულებრივ ერწყმის ერთ ფართო უწყვეტ ზოლს. ორგანული ნაერთების გაყინულ ხსნარებში დაფიქსირებული დამახასიათებელი დისკრეტული ელექტრონული სპექტრები . ელექტრონული (უფრო ზუსტად, ელექტრონულ-ვიბრაციული ბრუნვის) სპექტრები ექსპერიმენტულად შესწავლილია შუშის (ხილული რეგიონისთვის) და კვარცის (UV რეგიონისთვის) ოპტიკის მქონე სპექტროგრაფებისა და სპექტრომეტრების გამოყენებით, რომლებშიც პრიზმები ან დიფრაქციული ბადეები გამოიყენება სინათლის ნაწილებად დასაშლელად. სპექტრი .

დ ე el = 0 და D ერაოდენობა ¹ 0, მიიღება რხევითი მაგნიტური რეზონანსები, დაკვირვებული ახლო მანძილზე (რამდენიმე მმ) და შუაში (რამდენიმე ათამდე მმ) ინფრაწითელი (IR) რეგიონი, როგორც წესი, შთანთქმის, ასევე რამანის სინათლის გაფანტვისას. როგორც წესი, ერთდროულად დ ებრუნვა ¹ 0 და მოცემულში ეშედეგი არის ვიბრაციული ზოლი, რომელიც იშლება ცალკეულ ბრუნვის ხაზებად. ისინი ყველაზე ინტენსიურია ოსცილატორულ მ.ს. D-ის შესაბამისი ზოლები u = u’ - u'' = 1 (პოლიატომური მოლეკულებისთვის - D uმე = uმე' - uმე ''= 1 D-ზე u k = u k' - u k '' = 0, სადაც კ¹i).

წმინდა ჰარმონიული ვიბრაციებისთვის ეს შერჩევის წესები, მკაცრად აკრძალულია სხვა გადასვლები; არაჰარმონიული ვიბრაციებისთვის ჩნდება ზოლები, რომელთათვისაც D u> 1 (ოვერტონები); მათი ინტენსივობა ჩვეულებრივ დაბალია და მცირდება D-ის მატებასთან ერთად u.

ვიბრაციული (უფრო ზუსტად, ვიბრაციულ-ბრუნვის) სპექტრები ექსპერიმენტულად შესწავლილია IR რეგიონში შთანთქმის IR სპექტრომეტრების გამოყენებით IR გამოსხივებაზე გამჭვირვალე პრიზმებით ან დიფრაქციული ბადეებით, აგრეთვე ფურიეს სპექტრომეტრებით და რამანის გაფანტვაში მაღალი დიაფრაგმის სპექტროგრაფების გამოყენებით ( ხილული რეგიონი) ლაზერული აგზნების გამოყენებით.

დ ე el = 0 და D ერაოდენობა = 0, მიიღება წმინდა ბრუნვითი მაგნიტური სისტემები, რომლებიც შედგება ცალკეული ხაზებისგან. ისინი შეინიშნება აბსორბციაში მანძილზე (ასობით მმ)IR რეგიონში და განსაკუთრებით მიკროტალღურ რეგიონში, ასევე რამანის სპექტრებში. დიატომიური და ხაზოვანი პოლიატომური მოლეკულებისთვის (ისევე როგორც საკმაოდ სიმეტრიული არაწრფივი პოლიატომური მოლეკულებისთვის), ეს ხაზები ერთმანეთისგან თანაბრად არის დაშორებული (სიხშირის სკალაზე) Dn = 2 ინტერვალებით. ბშთანთქმის სპექტრებში და Dn = 4 ბრამანის სპექტრებში.

სუფთა ბრუნვის სპექტრები შესწავლილია შთანთქმის შორეულ IR რეგიონში IR სპექტრომეტრების გამოყენებით სპეციალური დიფრაქციული ბადეებით (ეშელეტები) და ფურიეს სპექტრომეტრებით, მიკროტალღურ რეგიონში მიკროტალღური (მიკროტალღური) სპექტრომეტრების გამოყენებით. , ასევე რამანის გაფანტვაში მაღალი დიაფრაგმის სპექტროგრაფების გამოყენებით.

მიკროორგანიზმების შესწავლაზე დაფუძნებული მოლეკულური სპექტროსკოპიის მეთოდები შესაძლებელს ხდის ქიმიის, ბიოლოგიის და სხვა მეცნიერებების სხვადასხვა პრობლემის გადაჭრას (მაგალითად, ნავთობპროდუქტების შემადგენლობის განსაზღვრა, პოლიმერული ნივთიერებები და ა.შ.). ქიმიაში MS-ის მიხედვით. შეისწავლეთ მოლეკულების სტრუქტურა. ელექტრონული მ.ს. საშუალებას გაძლევთ მიიღოთ ინფორმაცია მოლეკულების ელექტრონული გარსების შესახებ, განსაზღვროთ აღგზნებული დონეები და მათი მახასიათებლები და იპოვოთ მოლეკულების დისოციაციის ენერგიები (მოლეკულის ვიბრაციული დონეების დისოციაციის საზღვრებთან კონვერგენციით). რხევადი მ.ს შესწავლა. საშუალებას გაძლევთ იპოვოთ დამახასიათებელი ვიბრაციის სიხშირეები, რომლებიც შეესაბამება მოლეკულაში გარკვეული ტიპის ქიმიურ ბმებს (მაგალითად, მარტივი ორმაგი და სამმაგი C-C ბმები, C-H, N-H, O-H ბმები ორგანული მოლეკულებისთვის), ატომების სხვადასხვა ჯგუფები (მაგალითად, CH 2). , CH 3, NH 2), განსაზღვრეთ მოლეკულების სივრცითი სტრუქტურა, განასხვავებენ ცის და ტრანს იზომერებს. ამ მიზნით გამოიყენება როგორც ინფრაწითელი შთანთქმის სპექტრები (IR) და რამანის სპექტრები (RSS). განსაკუთრებით ფართოდ გავრცელდა IR მეთოდი, როგორც ერთ-ერთი ყველაზე ეფექტური ოპტიკური მეთოდი მოლეკულების სტრუქტურის შესასწავლად. ის უზრუნველყოფს ყველაზე სრულ ინფორმაციას SKR მეთოდთან ერთად. ბრუნვის მაგნიტური რეზონანსების შესწავლა, ისევე როგორც ელექტრონული და ვიბრაციული სპექტრების ბრუნვის სტრუქტურა, შესაძლებელს ხდის მოლეკულების ინერციის მომენტების ექსპერიმენტულად ნაპოვნი მნიშვნელობების გამოყენებას [რომლებიც მიღებულია ბრუნვის მუდმივების მნიშვნელობებიდან, იხ. (7)] დიდი სიზუსტით იპოვონ (უფრო მარტივი მოლეკულებისთვის, მაგალითად H 2 O) მოლეკულის წონასწორული კონფიგურაციის პარამეტრები - ბმის სიგრძე და ბმის კუთხეები. განსაზღვრული პარამეტრების რაოდენობის გასაზრდელად შესწავლილია იზოტოპური მოლეკულების სპექტრები (კერძოდ, რომლებშიც წყალბადი იცვლება დეიტერიუმით), რომლებსაც აქვთ წონასწორობის კონფიგურაციის იგივე პარამეტრები, მაგრამ ინერციის განსხვავებული მომენტები.

M.s-ის გამოყენების მაგალითად. მოლეკულების ქიმიური სტრუქტურის დასადგენად განვიხილოთ ბენზოლის მოლეკულა C 6 H 6 . სწავლობს მის მ.ს. ადასტურებს მოდელის სისწორეს, რომლის მიხედვითაც მოლეკულა ბრტყელია და ბენზოლის რგოლში 6 C-C ბმა არის ეკვივალენტური და ქმნის რეგულარულ ექვსკუთხედს მეექვსე რიგის სიმეტრიის ღერძით, რომელიც გადის მოლეკულის სიმეტრიის ცენტრში მის პერპენდიკულარულად. თვითმფრინავი. ელექტრონული მ.ს. შთანთქმის ზოლი C 6 H 6 შედგება ზოლების რამდენიმე სისტემისგან, რომლებიც შეესაბამება მიწის ლუწი დონიდან აღგზნებულ კენტ დონეებზე გადასვლას, რომელთაგან პირველი არის სამმაგი, ხოლო უფრო მაღალი - სინგლები. ზოლების სისტემა ყველაზე ინტენსიურია 1840 წლის ტერიტორიაზე ( ე 5 - ე 1 = 7,0 ევზოლების სისტემა ყველაზე სუსტია 3400 რეგიონში ( ე 2 - ე 1 = 3,8ევ), შეესაბამება ერთეულ-სამმაგი გადასვლისას, რაც აკრძალულია მთლიანი სპინის სავარაუდო შერჩევის წესებით. გადასვლები აღგზნებას შეესაბამება ე.წ. p ელექტრონები დელოკალიზებულია ბენზოლის რგოლში ; ელექტრონული მოლეკულური სპექტრებიდან მიღებული დონის დიაგრამა შეესაბამება სავარაუდო კვანტურ მექანიკურ გამოთვლებს. ოსცილაციური მ.ს. C 6 H 6 შეესაბამება სიმეტრიის ცენტრის არსებობას მოლეკულაში - ვიბრაციული სიხშირეები, რომლებიც ჩნდება (აქტიური) IRS-ში, არ არის (არააქტიური) SRS-ში და პირიქით (ე.წ. ალტერნატიული აკრძალვა). C 6 H 6 20 ნორმალური ვიბრაციადან 4 აქტიურია ICS-ში და 7 აქტიურია SCR-ში, დანარჩენი 11 არააქტიურია როგორც ICS-ში, ასევე SCR-ში. გაზომილი სიხშირის მნიშვნელობები (ინ სმ -1): 673, 1038, 1486, 3080 (ICS-ში) და 607, 850, 992, 1178, 1596, 3047, 3062 (TFR-ში). სიხშირეები 673 და 850 შეესაბამება არა თვითმფრინავის ვიბრაციას, ყველა სხვა სიხშირე შეესაბამება სიბრტყის ვიბრაციას. პლანარული ვიბრაციებისთვის განსაკუთრებით დამახასიათებელია სიხშირე 992 (შეესაბამება C-C ბმების გაჭიმვის ვიბრაციას, რომელიც შედგება ბენზოლის რგოლის პერიოდული შეკუმშვისა და გაჭიმვისგან), სიხშირეები 3062 და 3080 (შეესაბამება C-H ბმების გაჭიმვის ვიბრაციას) და სიხშირე77. ბენზოლის რგოლის მოსახვევ ვიბრაციამდე). დაკვირვებული ვიბრაციული სპექტრები C 6 H 6 (და მსგავსი ვიბრაციული სპექტრები C 6 D 6) ძალიან კარგად შეესაბამება თეორიულ გამოთვლებს, რამაც შესაძლებელი გახადა ამ სპექტრების სრული ინტერპრეტაცია და ყველა ნორმალური ვიბრაციის ფორმების პოვნა.

ანალოგიურად, შეგიძლიათ გამოიყენოთ M. s. განსაზღვრავს ორგანული და არაორგანული მოლეკულების სხვადასხვა კლასის სტრუქტურას, ძალიან რთულამდე, როგორიცაა პოლიმერული მოლეკულები.

ლექცია 12. ბირთვული ფიზიკა. ატომის ბირთვის სტრუქტურა.

ბირთვი- ეს არის ატომის ცენტრალური მასიური ნაწილი, რომლის გარშემოც ელექტრონები ბრუნავენ კვანტურ ორბიტებში. ბირთვის მასა დაახლოებით 4·10 3-ჯერ მეტია ატომში შემავალი ყველა ელექტრონის მასაზე. ბირთვის ზომა ძალიან მცირეა (10 -12 -10 -13 სმ), რაც დაახლოებით 10 5-ჯერ ნაკლებია მთელი ატომის დიამეტრზე. ელექტრული მუხტი დადებითია და აბსოლუტური მნიშვნელობით უდრის ატომური ელექტრონების მუხტების ჯამს (რადგან ატომი მთლიანობაში ელექტრული ნეიტრალურია).

ბირთვი აღმოაჩინა ე. რეზერფორდმა (1911) ალფა ნაწილაკების გაფანტვისას მატერიაში გავლისას ექსპერიმენტებში. როდესაც აღმოაჩინა, რომ a-ნაწილაკები მოსალოდნელზე უფრო ხშირად იფანტება დიდი კუთხით, რეზერფორდმა თქვა, რომ ატომის დადებითი მუხტი კონცენტრირებულია პატარა ბირთვში (მანამდე ჭარბობდა ჯ. ტომსონის იდეები, რომლის მიხედვითაც დადებითი მუხტი ატომი ითვლებოდა ერთნაირად განაწილებულად მთელ მის მოცულობაში). რეზერფორდის იდეა დაუყოვნებლივ არ მიიღეს მისმა თანამედროვეებმა (მთავარი დაბრკოლება იყო ბირთვში ატომური ელექტრონების გარდაუვალი დაცემის რწმენა ბირთვის გარშემო ორბიტაზე მოძრაობისას ელექტრომაგნიტური გამოსხივების ენერგიის დაკარგვის გამო). მის აღიარებაში დიდი როლი ითამაშა ნ.ბორის ცნობილმა ნაშრომმა (1913), რომელმაც საფუძველი ჩაუყარა ატომის კვანტურ თეორიას. ბორი ამტკიცებდა ორბიტების სტაბილურობას, როგორც ატომური ელექტრონების მოძრაობის კვანტიზაციის საწყის პრინციპს და შემდეგ მისგან გამოიყვანა ხაზის ოპტიკური სპექტრის კანონები, რომლებიც ხსნიდნენ ვრცელ ემპირიულ მასალას (ბალმერის სერია და ა.შ.). ცოტა მოგვიანებით (1913 წლის ბოლოს) რეზერფორდის სტუდენტმა გ. მოსელიმ ექსპერიმენტულად აჩვენა, რომ ატომების რენტგენის სპექტრის ხაზის მოკლე ტალღის საზღვრის ცვლა, როდესაც იცვლება ელემენტის ატომური ნომერი Z ელემენტთა პერიოდულ სისტემაში. შეესაბამება ბორის თეორიას, თუ დავუშვებთ, რომ ბირთვის ელექტრული მუხტი (ელექტრონული მუხტის ერთეულებში) უდრის Z-ს. ამ აღმოჩენამ მთლიანად დაარღვია უნდობლობის ბარიერი: ახალი ფიზიკური ობიექტი - ბირთვი - მყარად იყო დაკავშირებული. ერთი შეხედვით ჰეტეროგენული ფენომენების მთელი სპექტრით, რომლებმაც ახლა ერთიანი და ფიზიკურად გამჭვირვალე ახსნა მიიღო. მოსელის მუშაობის შემდეგ ფიზიკაში საბოლოოდ დადგინდა ატომის ბირთვის არსებობის ფაქტი.

ბირთვის შემადგენლობა.ბირთვის აღმოჩენის დროს ცნობილი იყო მხოლოდ ორი ელემენტარული ნაწილაკი - პროტონი და ელექტრონი. შესაბამისად, სავარაუდო იყო, რომ ბირთვი მათგან შედგება. თუმცა, 20-იანი წლების ბოლოს. მე -20 საუკუნე პროტონ-ელექტრონულ ჰიპოთეზას შეექმნა სერიოზული სირთულე, რომელსაც ეწოდება "აზოტის კატასტროფა": პროტონ-ელექტრონული ჰიპოთეზის მიხედვით, აზოტის ბირთვი უნდა შეიცავდეს 21 ნაწილაკს (14 პროტონს და 7 ელექტრონს), რომელთაგან თითოეულს ჰქონდა 1/2 სპინი. . აზოტის ბირთვის სპინი ნახევრად მთელი რიცხვი უნდა ყოფილიყო, მაგრამ ოპტიკური მოლეკულური სპექტრების გაზომვის მონაცემებით სპინი 1-ის ტოლი აღმოჩნდა.

ბირთვის შემადგენლობა დაზუსტდა J. Chadwick-ის აღმოჩენის შემდეგ (1932 წ.) ნეიტრონი. ნეიტრონის მასა, როგორც ჩადვიკის პირველი ექსპერიმენტებიდან გაირკვა, პროტონის მასასთან ახლოსაა, ხოლო სპინი უდრის 1/2-ს (დადგინდა მოგვიანებით). იდეა, რომ ბირთვი შედგება პროტონებისა და ნეიტრონებისგან, პირველად გამოთქვა დ.დ. ივანენკომ (1932) და ამის შემდეგ დაუყოვნებლივ შეიმუშავა ვ.ჰაიზენბერგმა (1932). ვარაუდი ბირთვის პროტონ-ნეიტრონის შემადგენლობის შესახებ მოგვიანებით სრულად დადასტურდა ექსპერიმენტულად. თანამედროვე ბირთვულ ფიზიკაში პროტონი (p) და ნეიტრონი (n) ხშირად გაერთიანებულია საერთო სახელწოდებით ნუკლეონი. ნუკლეონების საერთო რაოდენობას ბირთვში მასური რიცხვი ეწოდება ა, პროტონების რაოდენობა უდრის Z ბირთვის მუხტს (ელექტრონული მუხტის ერთეულებში), ნეიტრონების რაოდენობას. N = A - Z. უ იზოტოპები იგივე Z, მაგრამ განსხვავებული ადა ნ, ბირთვებს აქვთ იგივე იზობარები ადა განსხვავებული Z და ნ.

ნუკლეონებზე მძიმე ახალი ნაწილაკების აღმოჩენასთან დაკავშირებით ე.წ. ნუკლეონის იზობარები, აღმოჩნდა, რომ ისინიც უნდა იყვნენ ბირთვის ნაწილი (ინტრაბირთვული ნუკლეონები, რომლებიც ერთმანეთს ეჯახებიან, შეიძლება გადაიქცეს ნუკლეონის იზობარებად). უმარტივეს ბირთვში - დეიტერონი , რომელიც შედგება ერთი პროტონისა და ერთი ნეიტრონისაგან, ნუკლეონები უნდა დარჩეს ნუკლეონის იზობარების სახით ~ 1% დროში. რიგი დაკვირვებული ფენომენი მოწმობს ბირთვებში ასეთი იზობარული მდგომარეობების არსებობის სასარგებლოდ. ნუკლეონებისა და ნუკლეონის იზობარების გარდა, ბირთვებში პერიოდულად მოკლე დროით (10 -23 -10 -24 წმ) გამოჩნდება მეზონები , მათ შორის ყველაზე მსუბუქი - პ-მეზონები. ნუკლეონების ურთიერთქმედება ერთ-ერთი ნუკლეონის მიერ მეზონის ემისიისა და მეორის მიერ მისი შთანთქმის მრავალჯერად მოქმედებამდე მოდის. გაჩენილი ე.ი. მეზონის გაცვლის დენები გავლენას ახდენს, კერძოდ, ბირთვების ელექტრომაგნიტურ თვისებებზე. მეზონის გაცვლის დენების ყველაზე მკაფიო გამოვლინება აღმოჩნდა დეიტრონის გაყოფის რეაქციაში მაღალი ენერგიის ელექტრონებითა და გ-კვანტებით.

ნუკლეონების ურთიერთქმედება.ძალებს, რომლებიც ბირთვში აკავებენ ნუკლეონებს, ე.წ ბირთვული . ეს არის ფიზიკაში ცნობილი ყველაზე ძლიერი ურთიერთქმედება. ბირთვული ძალები, რომლებიც მოქმედებენ ბირთვში ორ ნუკლეონს შორის, ასჯერ უფრო ინტენსიურია, ვიდრე პროტონებს შორის ელექტროსტატიკური ურთიერთქმედება. ბირთვული ძალების მნიშვნელოვანი თვისებაა მათი. დამოუკიდებლობა ნუკლეონების მუხტის მდგომარეობიდან: ორი პროტონის, ორი ნეიტრონის ან ნეიტრონისა და პროტონის ბირთვული ურთიერთქმედება იგივეა, თუ ამ წყვილი ნაწილაკების ფარდობითი მოძრაობის მდგომარეობები ერთნაირია. ბირთვული ძალების სიდიდე დამოკიდებულია ნუკლეონებს შორის მანძილზე, მათი სპინების ორმხრივ ორიენტაციაზე, სპინების ორიენტაციაზე ორბიტალური კუთხური იმპულსის მიმართ და ერთი ნაწილაკიდან მეორეზე გადაყვანილი რადიუსის ვექტორზე. ბირთვულ ძალებს ახასიათებთ მოქმედების გარკვეული დიაპაზონი: ამ ძალების პოტენციალი მცირდება მანძილით რნაწილაკებს შორის უფრო სწრაფად ვიდრე რ-2 და თავად ძალები უფრო სწრაფია ვიდრე რ-3. ბირთვული ძალების ფიზიკური ბუნების გათვალისწინებიდან გამომდინარეობს, რომ ისინი ექსპონენტურად უნდა შემცირდეს მანძილით. ბირთვული ძალების მოქმედების რადიუსი განისაზღვრება ე.წ. კომპტონის ტალღის სიგრძე r 0 მეზონი გაცვლილი ნუკლეონებს შორის ურთიერთქმედების დროს:

აქ m არის მეზონის მასა, არის პლანკის მუდმივი, თან- სინათლის სიჩქარე ვაკუუმში. პ-მეზონების გაცვლით გამოწვეულ ძალებს აქვთ მოქმედების უდიდესი რადიუსი. მათთვის r 0 = 1.41 ვ (1 f = 10 -13 სმ). ბირთვებში ინტერნუკლეონთა დისტანციები ზუსტად ამ რიგის სიდიდისაა, მაგრამ უფრო მძიმე მეზონების (m-, r-, w-მეზონები და ა.შ.) გაცვლა ასევე ხელს უწყობს ბირთვულ ძალებს. ბირთვული ძალების ზუსტი დამოკიდებულება ორ ნუკლეონს შორის მანძილსა და ბირთვული ძალების წვლილზე, სხვადასხვა ტიპის მეზონების გაცვლის გამო, დარწმუნებით არ არის დადგენილი. მრავალნუკლეონის ბირთვებში შესაძლებელია ძალები, რომლებიც არ შეიძლება შემცირდეს მხოლოდ წყვილი ნუკლეონის ურთიერთქმედებამდე. როლი ამ ე.წ მრავალი ნაწილაკიანი ძალები ბირთვების სტრუქტურაში გაურკვეველი რჩება.

ბირთვის ზომებიდამოკიდებულია მათში შემავალი ნუკლეონების რაოდენობაზე. ბირთვში p ნუკლეონების რიცხვის საშუალო სიმკვრივე (მათი რაოდენობა მოცულობის ერთეულზე) ყველა მრავალნუკლეონის ბირთვისთვის (A > 0) პრაქტიკულად ერთნაირია. ეს ნიშნავს, რომ ბირთვის მოცულობა ნუკლეონების რაოდენობის პროპორციულია ადა მისი ხაზოვანი ზომა ~ ა 1/3. ეფექტური ბირთვის რადიუსი რგანისაზღვრება მიმართებით:

R = a A 1/3 , (2)

სად არის მუდმივი აახლოს ჰც, მაგრამ განსხვავდება მისგან და დამოკიდებულია იმაზე, თუ რა ფიზიკური ფენომენებით იზომება რ. ბირთვის ეგრეთ წოდებული მუხტის რადიუსის შემთხვევაში, რომელიც იზომება ბირთვებზე ელექტრონების გაფანტვით ან ენერგეტიკული დონეების პოზიციით m- მეზოატომები : a = 1,12 ვ. ეფექტური რადიუსი განისაზღვრება ურთიერთქმედების პროცესებიდან ჰადრონები (ნუკლეონები, მეზონები, a-ნაწილაკები და ა.შ.) მუხტზე ოდნავ დიდი ბირთვებით: 1,2-დან ვ 1.4-მდე ვ.

ბირთვული ნივთიერების სიმკვრივე ფანტასტიკურად მაღალია ჩვეულებრივი ნივთიერებების სიმკვრივესთან შედარებით: ის დაახლოებით 10 14 გ/სმ 3. ბირთვში r თითქმის მუდმივია ცენტრალურ ნაწილში და ექსპონენტურად მცირდება პერიფერიისკენ. ემპირიული მონაცემების სავარაუდო აღწერისთვის, ზოგჯერ მიღებულია r-ის შემდეგი დამოკიდებულება ბირთვის ცენტრიდან r მანძილზე:

.

ეფექტური ბირთვის რადიუსი რტოლია რ 0 + ბ. მნიშვნელობა b ახასიათებს ბირთვის საზღვრის დაბინდვას, ის თითქმის ერთნაირია ყველა ბირთვისთვის (» 0.5 ვ). პარამეტრი r 0 არის ორმაგი სიმკვრივე ბირთვის "საზღვარზე", რომელიც განისაზღვრება ნორმალიზაციის მდგომარეობიდან (p-ის მოცულობის ინტეგრალის თანასწორობა ნუკლეონების რაოდენობამდე ა). (2)-დან გამომდინარეობს, რომ ბირთვების ზომები განსხვავდება სიდიდის მიხედვით 10-13-დან. სმ 10-12 საათამდე სმმძიმე ბირთვებისთვის (ატომის ზომა ~ 10 -8 სმ). თუმცა, ფორმულა (2) აღწერს ბირთვების წრფივი ზომების ზრდას ნუკლეონების რაოდენობის ზრდით მხოლოდ უხეშად, მნიშვნელოვანი ზრდით. ა. ბირთვის ზომის ცვლილება მასში ერთი ან ორი ნუკლეონის დამატების შემთხვევაში დამოკიდებულია ბირთვის სტრუქტურის დეტალებზე და შეიძლება იყოს არარეგულარული. კერძოდ (როგორც ნაჩვენებია ატომური ენერგიის დონის იზოტოპური ცვლის გაზომვით), ზოგჯერ ბირთვის რადიუსი მცირდება ორი ნეიტრონის დამატებისას.

მოლეკულური სპექტრი

სინათლის ემისია, შთანთქმის და რამანის სპექტრები, რომლებიც მიეკუთვნება თავისუფალ ან სუსტად შეკრულ მოლეკულებს. ტიპიური მიკროსკოპული სისტემები ზოლიანია; სპექტრული მოწყობილობების საკმარისი გარჩევადობით მოლ. ზოლები იშლება მჭიდროდ დაშორებული ხაზების კოლექციად. მ.ს-ის სტრუქტურა. განსხვავებული განსხვავებულისთვის მოლეკულები და უფრო რთული ხდება მოლეკულაში ატომების რაოდენობის მატებასთან ერთად. ძალიან რთული მოლეკულების ხილული და ულტრაიისფერი სპექტრები ერთმანეთის მსგავსია და შედგება რამდენიმე ფართო უწყვეტი ზოლისგან. Ქალბატონი. წარმოიქმნება ენერგიის დონეებს შორის კვანტური გადასვლის დროს?" და?" მოლეკულები თანაფარდობის მიხედვით:

სადაც hv არის v სიხშირის გამოსხივებული ან შთანთქმის ფოტონის ენერგია. რამანის გაფანტვაში hv უდრის ინციდენტისა და გაფანტული ფოტონების ენერგიების სხვაობას. Ქალბატონი. ბევრად უფრო რთული ვიდრე ატომური სპექტრები, რაც განისაზღვრება შიდას უფრო დიდი სირთულით მოძრაობები მოლეკულაში, რადგან ორ ან მეტ ბირთვთან მიმართებაში ელექტრონების მოძრაობის გარდა, მოლეკულაში ხდება რხევა. ბირთვების მოძრაობა (მათ ირგვლივ არსებულ შიდა ელექტრონებთან ერთად) წონასწორული პოზიციის გარშემო და ბრუნავს. მისი მოძრაობები მთლიანად. ელექტრონული, რხევადი და როტაცია. მოლეკულის მოძრაობა შეესაბამება სამი ტიპის ენერგეტიკულ დონეს el, ?col და?vr და სამ ტიპს M. s.

რაოდენობის მიხედვით. მექანიკა, მოლეკულაში ყველა სახის მოძრაობის ენერგიას შეუძლია მიიღოს მხოლოდ გარკვეული მნიშვნელობები (კვანტური). მოლეკულის მთლიანი ენერგია? შეიძლება დაახლოებით წარმოდგენილი იყოს როგორც კვანტური ენერგიის მნიშვნელობების ჯამი, რომელიც შეესაბამება მისი სამი სახის შიდა ენერგიას. მოძრაობები:

??el +?col+?vr, (2) და სიდიდის მიხედვით

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

სადაც m არის ელექტრონის მასა, ხოლო M არის მოლეკულაში ატომური ბირთვების მასის რიგის, ე.ი.

El -> ?count ->?vr. (4) ჩვეულებრივ?el შეუკვეთეთ რამდენიმე. eV (ასობით კჯ/მოლი), ?col = 10-2-10-1 eV, ?vr=10-5-10-3 eV.

მოლეკულის ენერგეტიკული დონეების სისტემას ახასიათებს ელექტრონული ენერგიის დონეების სიმრავლეები ერთმანეთისგან შორს (disag. ?el at?col=?vr=0). ვიბრაციული დონეები მდებარეობს ერთმანეთთან ბევრად უფრო ახლოს (დიფერენციალური მნიშვნელობები მოცემული ელ-სა და ვოლტზე = 0) და კიდევ უფრო ახლოს არის ერთმანეთთან ბრუნვის დონეები (ვოლტის მნიშვნელობები მოცემული ელ-სა და ტირისთვის).

ელექტრონული ენერგიის დონეები a-დან b-მდე ნახ. 1 შეესაბამება მოლეკულის წონასწორობის კონფიგურაციებს. თითოეულ ელექტრონულ მდგომარეობას შეესაბამება გარკვეული წონასწორობის კონფიგურაცია და გარკვეული მნიშვნელობა?el; უმცირესი მნიშვნელობა შეესაბამება ძირითადს. ელექტრონული მდგომარეობა (მოლეკულის ძირითადი ელექტრონული ენერგიის დონე).

ბრინჯი. 1. დიატომური მოლეკულის ენერგიის დონეების დიაგრამა, a და b - ელექტრონული დონეები; v" და v" არის კვანტური. რხევების რაოდენობა დონეები; J" და J" - კვანტური. რიცხვები ბრუნავს. დონეები.

მოლეკულის ელექტრონული მდგომარეობების სიმრავლე განისაზღვრება მისი ელექტრონული გარსის თვისებებით. პრინციპში, ?el-ის მნიშვნელობები შეიძლება გამოითვალოს კვანტური მეთოდების გამოყენებით. ქიმიაში, თუმცა, ამ პრობლემის გადაჭრა შესაძლებელია მხოლოდ დაახლოებით და შედარებით მარტივი მოლეკულებისთვის. მნიშვნელოვანი ინფორმაცია მოლეკულების ელექტრონული დონის შესახებ (მათი მდებარეობა და მახასიათებლები), რომელიც განისაზღვრება მისი ქიმიურით. სტრუქტურა მიღებულია მ.ს.

ელექტრონული ენერგიის დონის ძალიან მნიშვნელოვანი მახასიათებელია კვანტური რიცხვი 5-ის მნიშვნელობა, რომელიც განსაზღვრავს აბს. ყველა ელექტრონის ჯამური სპინის მომენტის მნიშვნელობა. ქიმიურად სტაბილურ მოლეკულებს, როგორც წესი, აქვთ ელექტრონების ლუწი რაოდენობა და მათთვის 5 = 0, 1, 2, . . .; ძირითადისთვის ელექტრონული დონე, როგორც წესი, არის 5=0, აღელვებული დონეებისთვის - 5=0 და 5=1. დონეები S=0-ით ეწოდება. ერთეული, S=1 - სამეული (რადგან მათი სიმრავლე არის c=2S+1=3).

დიატომური და წრფივი ტრიატომური მოლეკულების შემთხვევაში ელექტრონული დონეები კვანტების მნიშვნელობით ხასიათდება. ნომერი L, რომელიც განსაზღვრავს აბს. ყველა ელექტრონის მთლიანი ორბიტალური იმპულსის პროექციის სიდიდე მოლეკულის ღერძზე. დონეები L=0, 1, 2, ... დანიშნულნი არიან შესაბამისად S, P, D. . ., და და მითითებულია ინდექსით ზედა მარცხენა მხარეს (მაგალითად, 3S, 2P). სიმეტრიის ცენტრის მქონე მოლეკულებისთვის (მაგალითად, CO2, CH6), ყველა ელექტრონული დონე იყოფა ლუწად და კენტად (g და u, შესაბამისად) იმისდა მიხედვით, შეინარჩუნებს თუ არა ტალღის ფუნქცია, რომელიც მათ განსაზღვრავს თავის ნიშანს, როდესაც შებრუნებულია სიმეტრიის ცენტრი.

ვიბრაციული ენერგიის დონეების აღმოჩენა შესაძლებელია ვიბრაციების კვანტურით. მოძრაობები, რომლებიც დაახლოებით ჰარმონიულად ითვლება. დიატომური მოლეკულა (თავისუფლების ერთი ვიბრაციული ხარისხი, რომელიც შეესაბამება r ბირთვთაშორის მანძილის ცვლილებას) შეიძლება ჩაითვალოს ჰარმონიულად. ოსცილატორი, რომლის კვანტიზაცია იძლევა თანაბრად დაშორებულ ენერგეტიკულ დონეებს:

სადაც v - მთავარი. ჰარმონიული სიხშირე მოლეკულის ვიბრაციები, v=0, 1, 2, . . .- რხევა კვანტური. ნომერი.

პოლიატომური მოლეკულის თითოეული ელექტრონული მდგომარეობისთვის, რომელიც შედგება N 3 ატომისგან და აქვს f რხევა. თავისუფლების ხარისხი (f=3N-5 და f=3N-6 წრფივი და არაწრფივი მოლეკულებისთვის, შესაბამისად), გამოდის / ე.წ. ნორმალური რხევები vi(ill, 2, 3, ..., f) სიხშირეებით და რხევების რთული სისტემა. ენერგიის დონეები:

სიხშირეების ნაკრები ნორმალურია. რყევები ძირითადში ფენომენების ელექტრონული მდგომარეობა. მოლეკულის მნიშვნელოვანი მახასიათებელი, მისი ქიმიური შემადგენლობიდან გამომდინარე. შენობები. გარკვეული გაგებით. ვიბრაცია მოიცავს ან მოლეკულის ყველა ატომს ან მათ ნაწილს; ატომები ასრულებენ ჰარმონიას რხევები იგივე სიხშირით vi, მაგრამ განსხვავებული ამპლიტუდები, რომლებიც განსაზღვრავენ ვიბრაციის ფორმას. ნორმალური ვიბრაციები ფორმის მიხედვით იყოფა ვალენტობად (ქიმიური ბმების სიგრძე იცვლება) და დეფორმაციად (ქიმიურ ბმებს შორის კუთხეები - ბმის კუთხეები - ცვლილება). ქვედა სიმეტრიის მოლეკულებისთვის (იხ. მოლეკულის სიმეტრია) f=2 და ყველა ვიბრაცია არადეგენერატია; მეტი სიმეტრიული მოლეკულებისთვის არის ორმაგად და სამჯერ გადაგვარებული ვიბრაციები, ანუ ვიბრაციების წყვილი და სამეული, რომლებიც ემთხვევა სიხშირეს.

ბრუნვის ენერგიის დონეების აღმოჩენა შესაძლებელია ბრუნვის კვანტურით. მოლეკულის მოძრაობა, განიხილება როგორც ტელევიზორი. სხეული გარკვეული ინერციის მომენტებით. დიატომური ან წრფივი ტრიატომური მოლეკულის შემთხვევაში მისი ბრუნვის ენერგია არის? მოძრაობის მომენტი. კვანტიზაციის წესების მიხედვით,

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

სადაც f=0, 1,2,. . .- ბრუნვის კვანტური. ნომერი; for?v ვიღებთ:

Вр=(h2/8pi2I)J(J+1) = hBJ(J+1), (7)

სადაც ისინი ბრუნავენ. მუდმივი B=(h/8piI2)I

განსაზღვრავს ენერგეტიკულ დონეებს შორის მანძილების მასშტაბს, რომელიც მცირდება ბირთვული მასების და ბირთვთაშორისი მანძილების მატებასთან ერთად.

განსხვავებები. ტიპები M. s. წარმოიქმნება, როდესაც განსხვავებულია მოლეკულების ენერგეტიკულ დონეებს შორის გადასვლის სახეები. (1) და (2) მიხედვით:

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

და ანალოგიურად (4) D?el->D?count->D?დრო. D?el?0-ზე მიიღება ელექტრონული მიკროსკოპია, დაკვირვებადი ხილულ და ულტრაიისფერი სხივების ზონებში. ჩვეულებრივ D??0-ზე D?number?0 და D?დრო?0; განსხვავება. დ? რხევა ზოლები (ნახ. 2) და დაშლა. D?vr მოცემული D?el და D? რაოდენობის დეპ. როტაცია ხაზები, რომლებშიც იშლება რხევები. ზოლები (ნახ. 3).

ბრინჯი. 2. ელექტროინო-რხევა. N2 მოლეკულის სპექტრი ახლო UV რეგიონში; ზოლების ჯგუფები შეესაბამება განსხვავებებს. მნიშვნელობები Dv= v"-v".

ზოლების ერთობლიობა მოცემული D?el-ით (შეესაბამება წმინდა ელექტრონულ გადასვლას nel=D?el/h სიხშირით) ეწოდება. ზოლის სისტემა; ზოლები განსხვავებულია ინტენსივობა დამოკიდებულია ნათესავზე გარდამავალი ალბათობები (იხ. კვანტური გადასვლა).

ბრინჯი. 3. როტაცია. ელექტრონ-კოლსბატის გაყოფა. ზოლები 3805.0? N2 მოლეკულები.

რთული მოლეკულებისთვის, ერთი სისტემის ზოლები, რომლებიც შეესაბამება მოცემულ ელექტრონულ გადასასვლელს, ჩვეულებრივ, ერთდება ერთ ფართო უწყვეტ ზოლში; შეიძლება გადაფარონ ერთმანეთს და რამდენჯერმე. ასეთი ზოლები. დამახასიათებელი დისკრეტული ელექტრონული სპექტრები შეინიშნება გაყინულ ორგანულ ხსნარებში. კავშირები.

ელექტრონული (უფრო ზუსტად, ელექტრონულ-ვიბრაციულ-ბრუნვის) სპექტრები შესწავლილია შუშის (ხილული რეგიონი) და კვარცის (UV რეგიონი, (იხ. UV გამოსხივება)) ოპტიკის სპექტრული ინსტრუმენტების გამოყენებით. როდესაც D?el = 0 და D?col?0, მიიღება რხევები. MS, რომელიც დაფიქსირდა ახლო IR რეგიონში, ჩვეულებრივ არის შთანთქმის და რამანის სპექტრებში. როგორც წესი, მოცემული D დრო? ზოლი იყოფა ნაწილებად. როტაცია ხაზები. ყველაზე ინტენსიური ვიბრაციის დროს. Ქალბატონი. ზოლები, რომლებიც აკმაყოფილებენ პირობას Dv=v"- v"=1 (პოლიატომური მოლეკულებისთვის Dvi=v"i- v"i=1 Dvk=V"k-V"k=0; აქ i და k განსაზღვრავს განსხვავებულ ნორმალურ ვიბრაციას). წმინდა ჰარმონიისთვის რყევების დროს, შერჩევის ეს წესები მკაცრად დაცულია; ანჰარმონიისთვის ვიბრაციებისთვის ჩნდება ზოლები, რისთვისაც Dv>1 (ოვერტონები); მათი ინტენსივობა ჩვეულებრივ დაბალია და მცირდება Dv-ის მატებასთან ერთად. რხევა Ქალბატონი. (უფრო ზუსტად, ვიბრაციულ-როტაციული) შესწავლილია IR სპექტრომეტრებისა და ფურიეს სპექტრომეტრების გამოყენებით, ხოლო რამანის სპექტრები შესწავლილია მაღალი დიაფრაგმის სპექტროგრაფების გამოყენებით (ხილული რეგიონისთვის) ლაზერული აგზნების გამოყენებით. D?el=0 და D?col=0-ით მიიღება სუფთა ბრუნვა. სპექტრები, რომლებიც შედგება ცალკეული ხაზები. ისინი შეინიშნება შთანთქმის სპექტრებში შორეულ IR რეგიონში და განსაკუთრებით მიკროტალღურ რეგიონში, ასევე რამანის სპექტრებში. დიატომური, წრფივი ტრიატომური მოლეკულებისთვის და საკმაოდ სიმეტრიული არაწრფივი მოლეკულებისთვის, ეს ხაზები ერთმანეთისგან თანაბრად არის დაშორებული (სიხშირის სკალაზე).

ტრიალი სუფთად. Ქალბატონი. შესწავლილი IR სპექტრომეტრების გამოყენებით სპეციალური დიფრაქცია ბადეები (ეშელეტები), ფურიეს სპექტრომეტრები, სპექტრომეტრები, რომლებიც დაფუძნებულია უკანა ტალღის ნათურაზე, მიკროტალღური (მიკროტალღური) სპექტრომეტრები (იხ. სუბმილიმეტრული სპექტროსკოპია, მიკროტალღური სპექტროსკოპია) და ბრუნავს. რამანის სპექტრები - მაღალი დიაფრაგმის სპექტრომეტრების გამოყენებით.

მოლეკულური სპექტროსკოპიის მეთოდები, რომლებიც დაფუძნებულია მიკროსკოპის შესწავლაზე, შესაძლებელს ხდის ქიმიის სხვადასხვა ამოცანების გადაჭრას. ელექტრონული მ.ს. მიაწოდოს ინფორმაცია ელექტრონული გარსების, აღგზნებული ენერგიის დონეებისა და მათი მახასიათებლების შესახებ, მოლეკულების დისოციაციის ენერგიის შესახებ (ენერგეტიკული დონეების დისოციაციის საზღვრამდე კონვერგენციით). რხევების შესწავლა. სპექტრები საშუალებას გაძლევთ იპოვოთ დამახასიათებელი ვიბრაციის სიხშირეები, რომლებიც შეესაბამება მოლეკულაში გარკვეული ტიპის ქიმიკატების არსებობას. ბმები (მაგალითად, ორმაგი და სამმაგი C-C ბმები, C-H, N-H ბმები ორგანული მოლეკულებისთვის), განსაზღვრავს სივრცეებს. სტრუქტურა, განასხვავებენ ცის- და ტრანს-იზომერებს (იხ. მოლეკულების იზომერია). განსაკუთრებით ფართოდ არის გავრცელებული ინფრაწითელი სპექტროსკოპიის მეთოდები - ერთ-ერთი ყველაზე ეფექტური ოპტიკური მეთოდი. მოლეკულების სტრუქტურის შესწავლის მეთოდები. ისინი უზრუნველყოფენ ყველაზე სრულ ინფორმაციას რამანის სპექტროსკოპიის მეთოდებთან ერთად. კვლევა როტაცია იქნება. სპექტრები და ასევე ბრუნავს. ელექტრონული და ვიბრაციების სტრუქტურები. Ქალბატონი. საშუალებას გაძლევთ დიდი სიზუსტით იპოვოთ წონასწორობის კონფიგურაციის პარამეტრები - ბმის სიგრძე და ბმის კუთხეები - მოლეკულების ინერციის ექსპერიმენტულად ნაპოვნი მომენტების გამოყენებით. განსაზღვრული პარამეტრების რაოდენობის გასაზრდელად შესწავლილია იზოტოპების სპექტრები. მოლეკულები (კერძოდ, მოლეკულები, რომლებშიც წყალბადი იცვლება დეიტერიუმით), რომლებსაც აქვთ წონასწორობის კონფიგურაციის იგივე პარამეტრები, მაგრამ განსხვავებული. ინერციის მომენტები.

Ქალბატონი. ისინი ასევე გამოიყენება სპექტრალურ ანალიზში ნივთიერების შემადგენლობის დასადგენად.

• - კრისტალები წარმოქმნილი მოლეკულებისგან, რომლებიც ერთმანეთთან არის დაკავშირებული სუსტი ვან დერ ვაალის ძალებით ან წყალბადის ბმებით...

  ფიზიკური ენციკლოპედია

• - კვანტურ ქიმიაში ინტეგრალური გამონათქვამების სახელები, რომლებიც გამოიყენება მატრიცით დასაწერად, ქმნიან შრედინგერის განტოლებას, რომელიც განსაზღვრავს მულტიელექტრონული მოლეკულის ელექტრონულ ტალღურ ფუნქციებს...

  ქიმიური ენციკლოპედია

• - წარმოიქმნება ფორმალურად ვალენტურ-გაჯერებისგან. მოლეკულები ინტერმოლეკულური ურთიერთქმედების ძალების გამო...

  ქიმიური ენციკლოპედია

• - წარმოიქმნება ვან დერ ვაალის ძალებით შეკრული მოლეკულებით. მოლეკულების შიგნით ატომები დაკავშირებულია ბევრად უფრო ძლიერი ბმებით...

  ქიმიური ენციკლოპედია

• - ორგ მოლეკულების ვიზუალური წარმოდგენა. და არაორგ. ნაერთები, რომლებიც საშუალებას გვაძლევს ვიმსჯელოთ მოლეკულაში შემავალი ატომების შედარებითი პოზიციის შესახებ...

  ქიმიური ენციკლოპედია

• - ელექტრომაგნიტური ემისიის და შთანთქმის სპექტრები. რადიაცია და კომბინაცია...

  ქიმიური ენციკლოპედია

• - იხილეთ ნაწილობრივ დაკავშირებული...
• - მოლეკულებს შორის ურთიერთქმედების ძალები, რომლებიც, გარე პირობებიდან გამომდინარე, განსაზღვრავენ ნივთიერების აგრეგაციის ამა თუ იმ მდგომარეობას და უამრავ სხვა ფიზიკურ თვისებას...

  ჰიდროგეოლოგიისა და საინჟინრო გეოლოგიის ლექსიკონი

• - სინათლის ოპტიკური შთანთქმის, ემისიის და რამანის გაფანტვის სპექტრები, რომლებიც წარმოიქმნება მოლეკულების ერთი ენერგეტიკული დონიდან მეორეზე გადასვლის დროს. Ქალბატონი. შედგება მეტ-ნაკლებად განიერი ზოლებისგან, გამოსახულებებისაგან...

  დიდი ენციკლოპედიური პოლიტექნიკური ლექსიკონი

• - სტატიები სამოქმედობიოლოგიური მოტორბიოლოგიური ნანოობიექტებიბიოსამედიცინო მიკროელექტრომექანიკური სისტემები ბიოპოლიმერული წამლების მიწოდება კინემალაბორატორიაში ჩიპზე მრავალფუნქციურ ნანონაწილაკებზე...

  ნანოტექნოლოგიის ენციკლოპედიური ლექსიკონი

• - ოპტიკური სინათლის გამოსხივების, შთანთქმის და გაფანტვის სპექტრები, რომლებიც მიეკუთვნება თავისუფალ ან სუსტად შეკრულ მოლეკულებს...

  ბუნებისმეტყველება. ენციკლოპედიური ლექსიკონი

• - მეტაბოლიზმის თანდაყოლილი დარღვევები, მემკვიდრეობითი მეტაბოლური დარღვევებით გამოწვეული დაავადებები. ტერმინი „მ. ბ." შემოთავაზებული ამერიკელი ქიმიკოსის ლ. პაულინგის მიერ...
• - კრისტალები წარმოიქმნება მოლეკულებისგან, რომლებიც ერთმანეთთან არის დაკავშირებული სუსტი ვან დერ ვაალის ძალებით ან წყალბადის ბმებით. მოლეკულების შიგნით უფრო ძლიერი კოვალენტური ბმები მოქმედებს ატომებს შორის...

  დიდი საბჭოთა ენციკლოპედია

• - ემისიის და შთანთქმის ოპტიკური სპექტრები, აგრეთვე სინათლის რამანის გაფანტვა, რომელიც მიეკუთვნება თავისუფალ ან სუსტად ურთიერთდაკავშირებულ მოლეკულებს. Ქალბატონი. აქვს რთული სტრუქტურა...

  დიდი საბჭოთა ენციკლოპედია

• - თავისუფალი ან სუსტად შეკრული მოლეკულების კუთვნილი სინათლის ემისიის, შთანთქმის და გაფანტვის ოპტიკური სპექტრები...

  დიდი ენციკლოპედიური ლექსიკონი

• - ან ნაწილობრივი ქმედებები...

მოლეკულური სპექტრი- შთანთქმის, ემისიის ან გაფანტვის სპექტრიდან გამომდინარე კვანტური გადასვლებიმოლეკულები ერთი ენერგიისგან. აცხადებს სხვას. Ქალბატონი. განისაზღვრება მოლეკულის შემადგენლობით, მისი სტრუქტურით, ქიმიური ნივთიერების ბუნებით. კომუნიკაცია და ურთიერთქმედება გარესთან ველები (და, შესაბამისად, ატომები და მოლეკულები მის გარშემო). ნაიბი. დამახასიათებელია მ.ს. იშვიათი მოლეკულური აირები, როდესაც არ არსებობს სპექტრალური ხაზების გაფართოებაწნევა: ასეთი სპექტრი შედგება ვიწრო ხაზებისგან დოპლერის სიგანით.

ბრინჯი. 1. დიატომური მოლეკულის ენერგიის დონის დიაგრამა: ადა ბ-ელექტრონული დონეები; u" და u"" - რხევადი კვანტური რიცხვები; J"და ჯ"" - ბრუნვის კვანტური ნომრები.

მოლეკულაში ენერგიის დონის სამი სისტემის - ელექტრონული, ვიბრაციული და ბრუნვითი სისტემის შესაბამისად (ნახ. 1), M. s. შედგება ელექტრონული ვიბრაციების ნაკრებისგან. და როტაცია. სპექტრები და დევს ელ-მაგნის ფართო დიაპაზონში. ტალღები - რადიო სიხშირეებიდან რენტგენამდე. სპექტრის სფეროები. ბრუნვას შორის გადასვლების სიხშირეები. ენერგიის დონეები ჩვეულებრივ ხვდება მიკროტალღურ რეგიონში (0,03-30 სმ-1 ტალღოვანი მასშტაბით), რხევებს შორის გადასვლების სიხშირეებში. დონეები - IR რეგიონში (400-10,000 სმ -1), ხოლო ელექტრონულ დონეებს შორის გადასვლის სიხშირეები - სპექტრის ხილულ და UV რეგიონებში. ეს დაყოფა პირობითია, რადგან ის ხშირად ბრუნავს. გადასვლები ასევე შედის IR რეგიონში, რხევებში. გადასვლები არის ხილულ რეგიონში, ხოლო ელექტრონული გადასვლები არის IR რეგიონში. როგორც წესი, ელექტრონულ გადასვლებს თან ახლავს ვიბრაციების ცვლილებები. მოლეკულის ენერგია და ვიბრაციებით. გადასვლები იცვლება და ბრუნავს. ენერგია. ამიტომ, ყველაზე ხშირად ელექტრონული სპექტრი წარმოადგენს ელექტრონული ვიბრაციის სისტემებს. ზოლები და მაღალი გარჩევადობის სპექტრული აღჭურვილობით მათი ბრუნვა გამოვლენილია. სტრუქტურა. ხაზებისა და ზოლების ინტენსივობა მ.ს. განისაზღვრება შესაბამისი კვანტური გადასვლის ალბათობით. ნაიბი. ინტენსიური ხაზები შეესაბამება დაშვებულ გადასვლას შერჩევის წესები.მ.ს. ასევე მოიცავს აუგერის და რენტგენის სპექტრებს. მოლეკულების სპექტრები (სტატიაში არ არის გათვალისწინებული; იხ აუგერის ეფექტი, აუგერის სპექტროსკოპია, რენტგენის სპექტრები, რენტგენის სპექტროსკოპია).

ელექტრონული სპექტრები. წმინდა ელექტრონული მ.ს. წარმოიქმნება, როდესაც იცვლება მოლეკულების ელექტრონული ენერგია, თუ ვიბრაცია არ იცვლება. და როტაცია. ენერგია. ელექტრონული მ.ს. შეიმჩნევა როგორც შთანთქმის (შთანთქმის სპექტრები) ასევე ემისიის (ლუმინესცენციის სპექტრები). ელექტრონული გადასვლების დროს, ელექტრო ენერგია ჩვეულებრივ იცვლება. მოლეკულის დიპოლური მომენტი. ელე-კტრიკი. დიპოლური გადასვლა სიმეტრიის G ტიპის მოლეკულის ელექტრონულ მდგომარეობებს შორის " და გ "" (სმ. მოლეკულების სიმეტრია) დასაშვებია, თუ პირდაპირი პროდუქტი Г " გ "" შეიცავს დიპოლური მომენტის ვექტორის ერთ-ერთი კომპონენტის სიმეტრიის ტიპს დ . შთანთქმის სპექტრებში, ჩვეულებრივ, შეინიშნება გადასვლები მიწის (სრულად სიმეტრიული) ელექტრონული მდგომარეობიდან აგზნებად ელექტრონულ მდგომარეობებზე. აშკარაა, რომ ასეთი გადასვლა რომ მოხდეს, აღგზნებული მდგომარეობისა და დიპოლური მომენტის სიმეტრიის ტიპები უნდა ემთხვეოდეს. რადგან ელექტრო ვინაიდან დიპოლური მომენტი არ არის დამოკიდებული სპინზე, მაშინ ელექტრონული გადასვლის დროს სპინი უნდა იყოს შენახული, ანუ დასაშვებია მხოლოდ გადასვლები მდგომარეობებს შორის იგივე სიმრავლით (ერთთაშორისი აკრძალვა). თუმცა ეს წესი დარღვეულია

ძლიერი სპინი-ორბიტის ურთიერთქმედების მქონე მოლეკულებისთვის, რაც იწვევს კომბინირებული კვანტური გადასვლები. ასეთი გადასვლების შედეგად, მაგალითად, ჩნდება ფოსფორესცენციის სპექტრები, რომლებიც შეესაბამება აღგზნებული სამმაგი მდგომარეობიდან ძირითად მდგომარეობაში გადასვლას. მარტოხელა მდგომარეობა.

მოლეკულები სხვადასხვა ელექტრონულ ქვეყნებს ხშირად აქვთ სხვადასხვა გეომები. სიმეტრია. ასეთ შემთხვევებში მდგომარეობა გ " გ "" გ დუნდა შესრულდეს დაბალი სიმეტრიის კონფიგურაციის მქონე წერტილოვანი ჯგუფისთვის. თუმცა, პერმუტაცია-ინვერსიის (PI) ჯგუფის გამოყენებისას, ეს პრობლემა არ წარმოიქმნება, ვინაიდან PI ჯგუფი ყველა მდგომარეობისთვის შეიძლება იყოს იგივე.

სიმეტრიის წრფივი მოლეკულებისთვის xy-ითდიპოლური მომენტის სიმეტრიის ტიპი Г დ= ს + (d z)-P( d x, d y)მაშასადამე, მათთვის დაშვებულია მხოლოდ გადასვლები S + - S +, S - - S -, P - P და ა.შ. გარდამავალი დიპოლური მომენტით, რომელიც მიმართულია მოლეკულის ღერძის გასწვრივ და გადასვლები S + - P, P - D. დ. გადასვლის მომენტით, რომელიც მიმართულია მოლეკულის ღერძზე პერპენდიკულარულად (მდგომარეობების აღნიშვნებისთვის იხ. მოლეკულა).

ალბათობა INელექტრო დიპოლური გადასვლა ელექტრონული დონიდან თელექტრონულ დონეზე პ, შეჯამებულია ყველა რხევად-ბრუნვით. ელექტრონული დონის დონეები თ, განისაზღვრება f-loy-ით:

დიპოლური მომენტის მატრიცის ელემენტი გადასვლისთვის n - m, y ეპდა y ჩვენ- ელექტრონების ტალღური ფუნქციები. ინტეგრალური კოეფიციენტი აბსორბცია, რომელიც შეიძლება გაიზომოს ექსპერიმენტულად, განისაზღვრება გამოხატულებით

სად N მ- მოლეკულების რაოდენობა დასაწყისში მდგომარეობა მ, vnm- გადასვლის სიხშირე თპ. ხშირად ელექტრონული გადასვლები ხასიათდება ოსცილატორის სიძლიერით

სად ედა ე.ი.- ელექტრონის მუხტი და მასა. ინტენსიური გადასვლებისთვის ვ ნმ ~ 1. (1) და (4)-დან განისაზღვრება საშ. აღგზნებული მდგომარეობის სიცოცხლე:

ეს ფორმულები ასევე მოქმედებს რხევებისთვის. და როტაცია. გადასვლები (ამ შემთხვევაში, დიპოლური მომენტის მატრიცის ელემენტები ხელახლა უნდა განისაზღვროს). დაშვებული ელექტრონული გადასვლებისთვის, კოეფიციენტი ჩვეულებრივ არის შეწოვა რამდენიმესთვის სიდიდის ბრძანებები მეტია ვიდრე რხევებისთვის. და როტაცია. გადასვლები. ზოგჯერ კოეფიციენტი აბსორბცია აღწევს ~10 3 -10 4 სმ -1 ატმ -1 მნიშვნელობას, ანუ ელექტრონული ზოლები შეინიშნება ძალიან დაბალ წნევაზე (~10 -3 - 10 -4 მმ Hg) და მცირე სისქის (~10-100 სმ) ფენის დროს. ნივთიერების.

ვიბრაციული სპექტრებიშეინიშნება რყევების ცვლილებისას. ენერგია (ელექტრონული და ბრუნვის ენერგია არ უნდა შეიცვალოს). მოლეკულების ნორმალური ვიბრაციები, როგორც წესი, წარმოდგენილია როგორც არაურთიერთმოქცეული ჰარმონიკის ნაკრები. ოსცილატორები. თუ შემოვიფარგლებით მხოლოდ დიპოლური მომენტის გაფართოების წრფივი ტერმინებით დ (შთანთქმის სპექტრის შემთხვევაში) ან პოლარიზებად a (რამანის გაფანტვის შემთხვევაში) ნორმალური კოორდინატების გასწვრივ ქკ, შემდეგ დაშვებული რხევები. გადასვლებად განიხილება მხოლოდ გადასვლები ერთ-ერთი კვანტური რიცხვის ცვლილებით კერთეულზე. ასეთი გადასვლები შეესაბამება ძირითად რხევა ზოლები, ისინი მერყეობენ. სპექტრის მაქს. ინტენსიური.

ძირითადი რხევა ხაზოვანი პოლიატომური მოლეკულის ზოლები, რომლებიც შეესაბამება ძირითადიდან გადასვლებს. რხევა მდგომარეობები შეიძლება იყოს ორი ტიპის: პარალელური (||) ზოლები, რომლებიც შეესაბამება გადასვლებს მოლეკულის ღერძის გასწვრივ მიმართული გარდამავალი დიპოლური მომენტით და პერპენდიკულარული (1) ზოლები, რომლებიც შეესაბამება გადასვლებს გარდამავალი დიპოლური მომენტით ღერძზე პერპენდიკულარული. მოლეკულა. პარალელური ზოლი შედგება მხოლოდ რ- და რ- ტოტები, ხოლო პერპენდიკულარულ ზოლში არის

ასევე გადაწყდა ქ-ტოტი (სურ. 2). სპექტრი სიმეტრიული ზედა ტიპის მოლეკულის შთანთქმის ზოლები ასევე შედგება || და | ზოლები, მაგრამ როტაცია. ამ ზოლების სტრუქტურა (იხ. ქვემოთ) უფრო რთულია; ქ-ფილიალი || ჩიხი ასევე არ არის დაშვებული. დაშვებული რხევები. ზოლები მიუთითებს ვკ. ზოლის ინტენსივობა ვკდამოკიდებულია წარმოებულის კვადრატზე ( dd/dQრომ ) 2 ან ( და/ dQკ) 2 . თუ ზოლი შეესაბამება აღგზნებული მდგომარეობიდან უფრო მაღალზე გადასვლას, მაშინ მას უწოდებენ. ცხელი.

ბრინჯი. 2. IR შთანთქმის ზოლი ვ 4 მოლეკულა SF 6, მიღებული ფურიეს სპექტრომეტრზე 0,04 სმ -1 გარჩევადობით; ნიშა აჩვენებს წვრილ სტრუქტურას ხაზები რ(39), გაზომილი დიოდური ლაზერით სპექტრომეტრი 10 -4 სმ -1 გარჩევადობით.

ვიბრაციებისა და არაწრფივი ტერმინების ანჰარმონიულობის გათვალისწინებით გაფართოებებში დდა მიერ ქკასევე შესაძლებელია თქვენთვის აკრძალული გადასვლები შერჩევის წესით კ. გადასვლები ერთ-ერთი რიცხვის ცვლილებით u კ 2, 3, 4 და ა.შ. ოვერტონი (დუ კ=2 - პირველი ოვერტონი, დუ კ=3 - მეორე ოვერტონი და ა.შ.). თუ ორი ან მეტი რიცხვი u იცვლება გადასვლისას კ, მაშინ ასეთი გადასვლა ეწოდება. კომბინირებული ან მთლიანი (თუ ყველა u რომგაზრდა) და განსხვავება (თუ ზოგიერთი თქვენ კშემცირება). Overtone ზოლები დანიშნულია 2 ვკ, 3ვკ, ..., სულ ბენდები ვკ + v l, 2ვკ + v lდა ა.შ., და განსხვავება ზოლები ვკ - v l, 2ვკ - ე ლდა ა.შ. ზოლის ინტენსივობა 2u კ, ვკ + v lდა ვკ - v lდამოკიდებულია პირველ და მეორე წარმოებულებზე დმიერ ქკ(ან მიერ ქკ) და კუბური. არაჰარმონიულობის კოეფიციენტების პოტენციალი. ენერგია; უფრო მაღალი გადასვლების ინტენსივობა დამოკიდებულია კოეფიციენტზე. დაშლის უფრო მაღალი ხარისხი დ(ან ა) და პოტენციალი. ენერგიის მიერ ქკ.

მოლეკულებისთვის, რომლებსაც არ აქვთ სიმეტრიის ელემენტები, ნებადართულია ყველა ვიბრაცია. გადასვლები როგორც აგზნების ენერგიის შთანთქმის, ასევე კომბინაციის დროს. სინათლის გაფანტვა. ინვერსიული ცენტრის მქონე მოლეკულებისთვის (მაგალითად, CO 2, C 2 H 4 და ა.შ.), აბსორბციაში დაშვებული გადასვლები აკრძალულია კომბინაციებისთვის. გაფანტვა და პირიქით (ალტერნატიული აკრძალვა). რხევებს შორის გადასვლა სიმეტრიის ტიპების Г 1 და Г 2 ენერგეტიკული დონეები დაშვებულია შთანთქმაში, თუ პირდაპირი ნამრავლი Г 1 Г 2 შეიცავს დიპოლური მომენტის სიმეტრიის ტიპს და დაშვებულია კომბინაციაში. გაფანტვა, თუ პროდუქტი Г 1

Г 2 შეიცავს პოლარიზადობის ტენზორის სიმეტრიის ტიპს. შერჩევის ეს წესი მიახლოებითია, რადგან ის არ ითვალისწინებს ვიბრაციების ურთიერთქმედებას. მოძრაობები ელექტრონული და როტაცია. მოძრაობები. ამ ურთიერთქმედებების გათვალისწინება იწვევს ზოლების გამოჩენას, რომლებიც აკრძალულია სუფთა ვიბრაციების მიხედვით. შერჩევის წესები.

რხევების შესწავლა. Ქალბატონი. საშუალებას გაძლევთ დააყენოთ ჰარმონია. ვიბრაციის სიხშირეები, ანჰარმონიულობის მუდმივები. რყევების მიხედვით სპექტრები ექვემდებარება კონფორმაციას. ანალიზი

ლექცია No6

მოლეკულის ენერგია

ატომიქიმიური ელემენტის უმცირეს ნაწილაკს, რომელსაც აქვს თავისი ქიმიური თვისებები, ეწოდება.

ატომი შედგება დადებითად დამუხტული ბირთვისა და მის ველში მოძრავი ელექტრონებისგან. ბირთვის მუხტი უდრის ყველა ელექტრონის მუხტს. იონიმოცემული ატომის არის ელექტრულად დამუხტული ნაწილაკი, რომელიც წარმოიქმნება მაშინ, როდესაც ატომები კარგავენ ან იღებენ ელექტრონებს.

მოლეკულაარის ერთგვაროვანი ნივთიერების უმცირესი ნაწილაკი, რომელსაც აქვს თავისი ძირითადი ქიმიური თვისებები.

მოლეკულები შედგება იდენტური ან განსხვავებული ატომებისგან, რომლებიც ერთმანეთთან დაკავშირებულია ატომთაშორისი ქიმიური ბმებით.

იმისათვის, რომ გავიგოთ მიზეზები, რის გამოც ელექტრულად ნეიტრალურ ატომებს შეუძლიათ შექმნან სტაბილური მოლეკულა, ჩვენ შემოვიფარგლებით უმარტივესი დიატომური მოლეკულების განხილვით, რომლებიც შედგება ორი იდენტური ან განსხვავებული ატომისგან.

ძალები, რომლებიც იკავებენ ატომს მოლეკულაში, გამოწვეულია გარე ელექტრონების ურთიერთქმედებით. როდესაც ატომები გაერთიანდებიან მოლეკულაში, შიდა გარსების ელექტრონები რჩებიან წინა მდგომარეობებში.

თუ ატომები ერთმანეთისგან დიდ მანძილზეა, მაშინ ისინი არ ურთიერთობენ ერთმანეთთან. ატომების ერთმანეთთან დაახლოებასთან ერთად იზრდება მათი ურთიერთმიზიდულობის ძალები. ატომების ზომებთან შესადარ დისტანციებზე ჩნდება ურთიერთ მოგერიების ძალები, რომლებიც არ აძლევენ საშუალებას ერთი ატომის ელექტრონებს ძალიან ღრმად შეაღწიონ მეორე ატომის ელექტრონულ გარსებში.

მოგერიების ძალები უფრო "მოკლე დიაპაზონია", ვიდრე მიმზიდველი ძალები. ეს ნიშნავს, რომ ატომებს შორის მანძილის მატებასთან ერთად, ამაღელვებელი ძალები უფრო სწრაფად მცირდება, ვიდრე მიზიდულობის ძალები.

მიზიდულობის ძალის, ამაღელვებელი ძალის და ატომებს შორის მიღებული ურთიერთქმედების ძალის გრაფიკი მანძილის მიხედვით ასე გამოიყურება:

ელექტრონების ურთიერთქმედების ენერგია მოლეკულაში განისაზღვრება ატომის ბირთვების ურთიერთგანლაგებით და არის მანძილის ფუნქცია, ანუ

მთელი მოლეკულის მთლიანი ენერგია ასევე მოიცავს მოძრავი ბირთვების კინეტიკურ ენერგიას.

აქედან გამომდინარე,

.

ეს ნიშნავს, რომ ეს არის ბირთვებს შორის ურთიერთქმედების პოტენციური ენერგია.

შემდეგ წარმოადგენს ატომებს შორის ურთიერთქმედების ძალას დიატომურ მოლეკულაში.

შესაბამისად, მოლეკულაში ატომების ურთიერთქმედების პოტენციური ენერგიის დამოკიდებულების გრაფიკს ატომებს შორის მანძილზე აქვს ფორმა:

წონასწორული ატომთაშორისი მანძილი მოლეკულაში ეწოდება კავშირის სიგრძე. რაოდენობა D ეწოდება მოლეკულური დისოციაციის ენერგიაან კავშირის ენერგია.ის რიცხობრივად უდრის სამუშაოს, რომელიც უნდა გაკეთდეს ატომების ქიმიური ბმების მოლეკულებად დაშლისა და ატომთაშორისი ძალების მოქმედების მიღმა ამოღების მიზნით. დისოციაციის ენერგია უდრის მოლეკულის წარმოქმნის დროს გამოთავისუფლებულ ენერგიას, მაგრამ ნიშნით საპირისპიროა. დისოციაციის ენერგია უარყოფითია, ხოლო მოლეკულის წარმოქმნის დროს გამოთავისუფლებული ენერგია დადებითია.

მოლეკულის ენერგია დამოკიდებულია ბირთვების მოძრაობის ბუნებაზე. ეს მოძრაობა შეიძლება დაიყოს მთარგმნელობით, ბრუნვით და რხევად. მოლეკულაში ატომებს შორის მცირე მანძილზე და მოლეკულებისთვის მიწოდებული ჭურჭლის საკმარისად დიდ მოცულობას შორის, წინსვლის ენერგიააქვს უწყვეტი სპექტრი და მისი საშუალო მნიშვნელობა უდრის , ანუ .

ბრუნვის ენერგიააქვს დისკრეტული სპექტრი და შეუძლია მიიღოს მნიშვნელობები

,

სადაც I არის ბრუნვის კვანტური რიცხვი;

J არის მოლეკულის ინერციის მომენტი.

ვიბრაციული მოძრაობის ენერგიაასევე აქვს დისკრეტული სპექტრი და შეუძლია მიიღოს მნიშვნელობები

,

სად არის ვიბრაციული კვანტური რიცხვი;

– ამ ტიპის რხევის ბუნებრივი სიხშირე.

როდესაც ყველაზე დაბალ ვიბრაციულ დონეს აქვს ნულოვანი ენერგია

ბრუნვითი და მთარგმნელობითი მოძრაობის ენერგია შეესაბამება ენერგიის კინეტიკურ ფორმას, რხევითი მოძრაობის ენერგია პოტენციურ ფორმას. შესაბამისად, დიატომური მოლეკულის ვიბრაციული მოძრაობის ენერგეტიკული საფეხურები შეიძლება წარმოდგენილი იყოს გრაფიკზე.

დიატომური მოლეკულის ბრუნვის მოძრაობის ენერგეტიკული საფეხურები განლაგებულია ანალოგიურად, მხოლოდ მათ შორის მანძილი გაცილებით მცირეა ვიდრე ვიბრაციული მოძრაობის იგივე საფეხურები.

ატომთაშორისი ობლიგაციების ძირითადი ტიპები

არსებობს ატომური ბმის ორი ტიპი: იონური (ან ჰეტეროპოლარული) და კოვალენტური (ან ჰომეოპოლარული).

იონური ბმახდება იმ შემთხვევებში, როდესაც ელექტრონები მოლეკულაში განლაგებულია ისე, რომ ჭარბი წარმოიქმნება ერთ-ერთ ბირთვთან, ხოლო დეფიციტი მეორის მახლობლად. ამრიგად, მოლეკულა, როგორც ჩანს, შედგება საპირისპირო ნიშნების ორი იონისგან, რომლებიც ერთმანეთისკენ იზიდავს. იონური ბმების მქონე მოლეკულების მაგალითებია NaCl, KCl, RbF, CsJდა ა.შ. წარმოიქმნება ელემენტების ატომების გაერთიანებით მე-ოჰ და VII-მენდელეევის პერიოდული სისტემის მე-ე ჯგუფი. ამ შემთხვევაში, ატომი, რომელმაც დაამატა ერთი ან მეტი ელექტრონი თავის თავს, იძენს უარყოფით მუხტს და იქცევა უარყოფით იონად, ხოლო ატომი, რომელიც აძლევს ელექტრონების შესაბამის რაოდენობას, იქცევა დადებით იონად. იონების დადებითი და უარყოფითი მუხტების ჯამი ნულის ტოლია. ამიტომ, იონური მოლეკულები ელექტრულად ნეიტრალურია. ძალები, რომლებიც უზრუნველყოფენ მოლეკულის სტაბილურობას, ელექტრული ხასიათისაა.

იონური ბმის დასამყარებლად აუცილებელია, რომ ელექტრონის მოცილების ენერგია, ანუ დადებითი იონის შექმნის სამუშაო, ნაკლები იყოს უარყოფითი იონების წარმოქმნის დროს გამოთავისუფლებული ენერგიის ჯამზე და მათი ურთიერთდახმარების ენერგიაზე. მიმზიდველობა.

სავსებით აშკარაა, რომ ნეიტრალური ატომიდან დადებითი იონის ფორმირება ყველაზე ნაკლებ სამუშაოს მოითხოვს იმ შემთხვევაში, როდესაც წარმოიქმნება ელექტრონების გარსში მდებარე ელექტრონები, რომლებიც დაწყებულია დაგროვებაზე.

მეორეს მხრივ, უდიდესი ენერგია გამოიყოფა, როდესაც ელექტრონი მიმაგრდება ჰალოგენის ატომებს, რომლებსაც აკლიათ ერთი ელექტრონი, სანამ ავსებენ ელექტრონულ გარსს. ამრიგად, იონური ბმა წარმოიქმნება ელექტრონების გადაცემის გზით, რაც იწვევს იონებში შევსებული ელექტრონული გარსების წარმოქმნას.

სხვა ტიპის კავშირი - კოვალენტური ბმა.

როდესაც იდენტური ატომებისგან შემდგარი მოლეკულები წარმოიქმნება, საპირისპიროდ დამუხტული იონების წარმოქმნა შეუძლებელია. ამიტომ, იონური კავშირი შეუძლებელია. თუმცა, ბუნებაში არის ნივთიერებები, რომელთა მოლეკულები წარმოიქმნება იდენტური ატომებისგან H 2, O 2, N 2და ა.შ. ამ ტიპის ნივთიერებებში შემაკავშირებელს ე.წ კოვალენტურიან ჰომეოპოლარული(homeo – განსხვავებული [ბერძ.]). გარდა ამისა, კოვალენტური ბმები ასევე შეინიშნება მოლეკულებში სხვადასხვა ატომით: წყალბადის ფტორი HF,აზოტის ოქსიდი არა, მეთანი CH 4და ა.შ.

კოვალენტური ბმების ბუნება შეიძლება აიხსნას მხოლოდ კვანტური მექანიკის საფუძველზე. კვანტური მექანიკური ახსნა ეფუძნება ელექტრონის ტალღურ ბუნებას. ატომის გარე ელექტრონების ტალღური ფუნქცია მკვეთრად არ ჩერდება ატომის ცენტრიდან მანძილის მატებასთან ერთად, არამედ თანდათან მცირდება. როდესაც ატომები ერთმანეთს უახლოვდებიან, გარე ელექტრონების ბუნდოვანი ელექტრონული ღრუბლები ნაწილობრივ ემთხვევა ერთმანეთს, რაც იწვევს მათ დეფორმაციას. ელექტრონების მდგომარეობის ცვლილების ზუსტი გამოთვლა მოითხოვს შრედინგერის ტალღური განტოლების ამოხსნას ურთიერთქმედებაში მონაწილე ყველა ნაწილაკების სისტემისთვის. ამ გზის სირთულე და უხერხულობა გვაიძულებს შემოვიფარგლოთ აქ მხოლოდ ფენომენების ხარისხობრივი განხილვით.

უმარტივეს შემთხვევაში s-ელექტრონის მდგომარეობა, ელექტრონული ღრუბელი არის გარკვეული რადიუსის სფერო. თუ ორივე ელექტრონი კოვალენტურ მოლეკულაში ცვლის ისე, რომ ელექტრონი 1, რომელიც ადრე ბირთვს ეკუთვნოდა. ა", გადავა ელექტრონის 2 ადგილზე, რომელიც ეკუთვნოდა ბირთვს" ბ",და ელექტრონი 2 აკეთებს საპირისპირო გადასვლას, მაშინ არაფერი შეიცვლება კოვალენტური მოლეკულის მდგომარეობაში.

პაულის პრინციპი იძლევა ორი ელექტრონის არსებობას ერთსა და იმავე მდგომარეობაში საპირისპირო სპინებით. რეგიონების შერწყმა, სადაც ორივე ელექტრონი შეიძლება განთავსდეს, ნიშნავს მათ შორის სპეციალური კვანტური მექანიკის გაჩენას. გაცვლითი ურთიერთქმედება. ამ შემთხვევაში, მოლეკულაში თითოეული ელექტრონი შეიძლება მონაცვლეობით მიეკუთვნებოდეს ამა თუ იმ ბირთვს.

როგორც გამოთვლებმა აჩვენა, მოლეკულის გაცვლის ენერგია დადებითია, თუ ურთიერთმოქმედი ელექტრონების სპინები პარალელურია და უარყოფითი, თუ ისინი პარალელური არ არის.

ასე რომ, კოვალენტური ტიპის ბმა უზრუნველყოფილია ელექტრონების წყვილი საპირისპირო სპინებით. თუ იონურ კავშირში ვსაუბრობდით ელექტრონების გადატანაზე ერთი ატომიდან მეორეში, მაშინ აქ კავშირი ხორციელდება ელექტრონების განზოგადებით და მათი გადაადგილებისთვის საერთო სივრცის შექმნით.

მოლეკულური სპექტრები

მოლეკულური სპექტრები ძალიან განსხვავდება ატომური სპექტრებისგან. მიუხედავად იმისა, რომ ატომური სპექტრები შედგება ერთი ხაზისგან, მოლეკულური სპექტრები შედგება ზოლებისაგან, რომლებიც მკვეთრია ერთ ბოლოში და ბუნდოვანია მეორეზე. ამიტომ მოლეკულურ სპექტრებსაც უწოდებენ ზოლიანი სპექტრები.

მოლეკულურ სპექტრებში ზოლები შეინიშნება ელექტრომაგნიტური ტალღების ინფრაწითელ, ხილულ და ულტრაიისფერ სიხშირის დიაპაზონში. ამ შემთხვევაში, ზოლები განლაგებულია გარკვეული თანმიმდევრობით, ქმნიან ზოლების სერიას. სპექტრში რამდენიმე სერიაა.

კვანტური მექანიკა იძლევა ახსნას მოლეკულური სპექტრების ბუნებაზე. პოლიატომური მოლეკულების სპექტრების თეორიული ინტერპრეტაცია ძალიან რთულია. ჩვენ შემოვიფარგლებით მხოლოდ დიატომიური მოლეკულების გათვალისწინებით.

ადრე, ჩვენ აღვნიშნეთ, რომ მოლეკულის ენერგია დამოკიდებულია ატომის ბირთვების მოძრაობის ბუნებაზე და გამოვყავით ამ ენერგიის სამი ტიპი: მთარგმნელობითი, ბრუნვითი და ვიბრაციული. გარდა ამისა, მოლეკულის ენერგია ასევე განისაზღვრება ელექტრონების მოძრაობის ბუნებით. ამ ტიპის ენერგიას ე.წ ელექტრონული ენერგიადა არის მოლეკულის მთლიანი ენერგიის კომპონენტი.

ამრიგად, მოლეკულის მთლიანი ენერგია არის:

ტრანსლაციის ენერგიის ცვლილებამ არ შეიძლება გამოიწვიოს მოლეკულურ სპექტრში სპექტრული ხაზის გამოჩენა, ამიტომ ჩვენ გამოვრიცხავთ ამ ტიპის ენერგიას მოლეკულური სპექტრების შემდგომი განხილვისას. მერე

ბორის სიხშირის წესის მიხედვით ( III–ბორის პოსტულატი) მოლეკულის მიერ გამოსხივებული კვანტის სიხშირე, როდესაც მისი ენერგეტიკული მდგომარეობა იცვლება, ტოლია

.

გამოცდილებამ და თეორიულმა კვლევებმა აჩვენა

მაშასადამე, სუსტი აგზნებით ის იცვლება მხოლოდ, უფრო ძლიერით -, კიდევ უფრო ძლიერით -. მოდით უფრო დეტალურად განვიხილოთ მოლეკულური სპექტრის სხვადასხვა ტიპები.

მოლეკულების ბრუნვის სპექტრი

დავიწყოთ ელექტრომაგნიტური ტალღების შთანთქმის შესწავლა ენერგიის მცირე ნაწილით. სანამ ენერგეტიკული კვანტის მნიშვნელობა არ გახდება ორ უახლოეს დონეს შორის მანძილის ტოლი, მოლეკულა არ შეიწოვება. თანდათან გავზარდოთ სიხშირე, მივაღწევთ კვანტებს, რომლებსაც შეუძლიათ მოლეკულის აწევა ერთი ბრუნვის საფეხურიდან მეორეზე. ეს ხდება ინფრაწითელი ტალღების რეგიონში 0,1-1 მმ-ის წესრიგში.

,

სადაც და არის ბრუნვის კვანტური რიცხვის მნიშვნელობები მე-ე და მე-ე ენერგიის დონეზე.

ბრუნვითი კვანტური რიცხვები და შეიძლება ჰქონდეს მნიშვნელობები, ე.ი. მათი შესაძლო ცვლილებები შეზღუდულია შერჩევის წესით

მოლეკულის მიერ კვანტის შეწოვა გადააქვს მას ერთი ბრუნვის ენერგიის დონიდან მეორეზე, უფრო მაღალზე და იწვევს სპექტრული ხაზის გამოჩენას ბრუნვის შთანთქმის სპექტრში. ტალღის სიგრძის კლებასთან ერთად (ანუ რიცხვი იცვლება), ამ რეგიონში ჩნდება შთანთქმის სპექტრის უფრო და უფრო ახალი ხაზები. ყველა ხაზის მთლიანობა იძლევა წარმოდგენას მოლეკულის ბრუნვის ენერგიის მდგომარეობის განაწილებაზე.

ჩვენ აქამდე განვიხილეთ მოლეკულის შთანთქმის სპექტრი. ასევე შესაძლებელია მოლეკულის ემისიის სპექტრი. ბრუნვის ემისიის სპექტრში ხაზების გამოჩენა დაკავშირებულია მოლეკულის გადასვლას ბრუნვის ენერგიის ზედა დონიდან ქვედაზე.

ბრუნვის სპექტრები შესაძლებელს ხდის მარტივ მოლეკულებში ატომთაშორისი მანძილების დადგენა დიდი სიზუსტით. ატომების ინერციისა და მასის მომენტის ცოდნა, შესაძლებელია ატომებს შორის მანძილების დადგენა. დიატომური მოლეკულისთვის

მოლეკულების ვიბრაციულ-ბრუნვის სპექტრი

მიკრონი ტალღის სიგრძის ინფრაწითელ რეგიონში ნივთიერების მიერ ელექტრომაგნიტური ტალღების შეწოვა იწვევს ვიბრაციული ენერგიის დონეებს შორის გადასვლას და იწვევს მოლეკულის ვიბრაციული სპექტრის გამოჩენას. თუმცა, როდესაც იცვლება მოლეკულის ვიბრაციული ენერგიის დონეები, მისი ბრუნვის ენერგიის მდგომარეობა ერთდროულად იცვლება. ვიბრაციული ენერგიის ორ დონეს შორის გადასვლას თან ახლავს ბრუნვის ენერგიის მდგომარეობების ცვლილებები. ამ შემთხვევაში ჩნდება მოლეკულის ვიბრაციულ-ბრუნვის სპექტრი.

თუ მოლეკულა ერთდროულად ვიბრირებს და ბრუნავს, მაშინ მისი ენერგია განისაზღვრება ორი კვანტური რიცხვით და:

.

ორივე კვანტური რიცხვის შერჩევის წესების გათვალისწინებით, ვიღებთ შემდეგ ფორმულას ვიბრაციულ-ბრუნვის სპექტრის სიხშირეებისთვის (წინა ფორმულა /სთ და გავაუქმოთ წინა ენერგეტიკული დონე, ანუ ტერმინები ფრჩხილებში):

.

ამ შემთხვევაში, ნიშანი (+) შეესაბამება გადასვლას ქვედადან უფრო მაღალ ბრუნვის დონეზე, ხოლო ნიშანი (-) შეესაბამება საპირისპირო პოზიციას. სიხშირის ვიბრაციული ნაწილი განსაზღვრავს სპექტრულ რეგიონს, რომელშიც მდებარეობს ზოლი; მბრუნავი ნაწილი განსაზღვრავს ზოლის წვრილ სტრუქტურას, ე.ი. ინდივიდუალური სპექტრული ხაზების გაყოფა.

კლასიკური ცნებების მიხედვით, დიატომური მოლეკულის ბრუნვამ ან ვიბრაციამ შეიძლება გამოიწვიოს ელექტრომაგნიტური ტალღების გამოსხივება მხოლოდ იმ შემთხვევაში, თუ მოლეკულას აქვს არანულოვანი დიპოლური მომენტი. ეს პირობა დაკმაყოფილებულია მხოლოდ ორი განსხვავებული ატომით წარმოქმნილი მოლეკულებისთვის, ე.ი. ასიმეტრიული მოლეკულებისთვის.

იდენტური ატომებით წარმოქმნილ სიმეტრიულ მოლეკულას აქვს ნულოვანი დიპოლური მომენტი. ამიტომ, კლასიკური ელექტროდინამიკის მიხედვით, ასეთი მოლეკულის ვიბრაცია და ბრუნვა არ შეიძლება გამოიწვიოს გამოსხივება. კვანტურ თეორიას მივყავართ მსგავს შედეგებამდე.

მოლეკულების ელექტრონული ვიბრაციული სპექტრი

ელექტრომაგნიტური ტალღების შეწოვა ხილულ და ულტრაიისფერ დიაპაზონში იწვევს მოლეკულის გადასვლას ელექტრონულ ენერგიის სხვადასხვა დონეებს შორის, ე.ი. მოლეკულის ელექტრონული სპექტრის გამოჩენამდე. თითოეული ელექტრონული ენერგიის დონე შეესაბამება ელექტრონების გარკვეულ სივრცულ განაწილებას, ან, როგორც ამბობენ, ელექტრონების გარკვეულ კონფიგურაციას დისკრეტული ენერგიით. ელექტრონების თითოეული კონფიგურაცია შეესაბამება ვიბრაციული ენერგიის ბევრ დონეს.

ორ ელექტრონულ დონეს შორის გადასვლას თან ახლავს მრავალი თანმხლები გადასვლა ვიბრაციულ დონეებს შორის. ასე ჩნდება მოლეკულის ელექტრონული ვიბრაციული სპექტრი, რომელიც შედგება ახლო ხაზების ჯგუფებისგან.

ბრუნვის დონეების სისტემა ზედმეტად არის დაყენებული თითოეულ ვიბრაციულ ენერგეტიკულ მდგომარეობაზე. ამრიგად, ფოტონის სიხშირე ელექტრონულ-ვიბრაციული გადასვლის დროს განისაზღვრება სამივე ტიპის ენერგიის ცვლილებით:

.

სიხშირე - განსაზღვრავს სპექტრის პოზიციას.

მთელი ელექტრონული ვიბრაციული სპექტრი არის ზოლების რამდენიმე ჯგუფისგან შემდგარი სისტემა, რომლებიც ხშირად ერთმანეთზე გადაფარავს და ქმნის ფართო ზოლს.

მოლეკულური სპექტრების შესწავლა და ინტერპრეტაცია საშუალებას იძლევა გაიგოს მოლეკულების დეტალური სტრუქტურა და ფართოდ გამოიყენება ქიმიური ანალიზისთვის.

რამანის გაფანტვა

ეს ფენომენი მდგომარეობს იმაში, რომ გაფანტვის სპექტრში, რომელიც ჩნდება, როდესაც სინათლე გადის აირებში, სითხეებში ან გამჭვირვალე კრისტალურ სხეულებში, მუდმივი სიხშირით სინათლის გაფანტვასთან ერთად, ჩნდება მთელი რიგი მაღალი ან ქვედა სიხშირეები, რომლებიც შეესაბამება სიხშირეებს. გაფანტული მოლეკულების ვიბრაციული ან ბრუნვითი გადასვლები.

რამანის გაფანტვის ფენომენს აქვს მარტივი კვანტური მექანიკური ახსნა. მოლეკულების მიერ სინათლის გაფანტვის პროცესი შეიძლება ჩაითვალოს, როგორც ფოტონების არაელასტიური შეჯახება მოლეკულებთან. შეჯახების დროს ფოტონს შეუძლია მოლეკულისგან მისცეს ან მიიღოს მხოლოდ ისეთი რაოდენობის ენერგია, რომელიც უდრის მის ორ ენერგეტიკულ დონეს შორის განსხვავებას. თუ ფოტონთან შეჯახებისას მოლეკულა უფრო დაბალი ენერგიის მდგომარეობიდან გადადის უფრო მაღალი ენერგიის მდგომარეობაში, ის კარგავს ენერგიას და მცირდება მისი სიხშირე. ეს ქმნის ხაზს მოლეკულის სპექტრში, რომელიც გადაინაცვლებს მთავართან შედარებით უფრო გრძელი ტალღის სიგრძისკენ. თუ ფოტონთან შეჯახების შემდეგ მოლეკულა გადადის უფრო მაღალი ენერგიის მდგომარეობიდან უფრო დაბალი ენერგიის მდგომარეობაში, სპექტრში იქმნება ხაზი, რომელიც გადაინაცვლებს მთავართან შედარებით უფრო მოკლე ტალღის სიგრძეზე.

რამანის გაფანტვის კვლევები გვაწვდის ინფორმაციას მოლეკულების სტრუქტურის შესახებ. ამ მეთოდის გამოყენებით, მოლეკულების ბუნებრივი ვიბრაციის სიხშირეები ადვილად და სწრაფად განისაზღვრება. ის ასევე საშუალებას იძლევა განვსაჯოთ მოლეკულის სიმეტრიის ბუნება.

ლუმინესცენცია

თუ ნივთიერების მოლეკულები შეიძლება იყოს აღგზნებულ მდგომარეობაში მათი საშუალო კინეტიკური ენერგიის გაზრდის გარეშე, ე.ი. გათბობის გარეშე, მაშინ ხდება ამ სხეულების ბზინვარება ან ლუმინესცენცია.

ლუმინესცენციის ორი ტიპი არსებობს: ფლუორესცენციადა ფოსფორესცენცია.

ფლუორესცენციაეწოდება ლუმინესცენცია, რომელიც ჩერდება ლუმინესცენციის აგზნების მოქმედების დასრულებისთანავე.

ფლუორესცენციის დროს ხდება მოლეკულების სპონტანური გადასვლა აღგზნებული მდგომარეობიდან ქვედა დონეზე. ამ ტიპის ბზინვარებას აქვს ძალიან მოკლე ხანგრძლივობა (დაახლოებით 10 -7 წამი).

ფოსფორესცენციაეწოდება ლუმინესცენცია, რომელიც ინარჩუნებს ბზინვარებას დიდი ხნის განმავლობაში ლუმინესცენციის აგზნების მოქმედების შემდეგ.

ფოსფორესცენციის დროს მოლეკულა აღგზნებული მდგომარეობიდან მეტასტაბილურ დონეზე გადადის. მეტასტაბილურიეს ის დონეა, საიდანაც ქვედა დონეზე გადასვლა ნაკლებად სავარაუდოა. ემისია შეიძლება მოხდეს, თუ მოლეკულა კვლავ აღგზნებულ დონეს დაუბრუნდება.

მეტასტაბილური მდგომარეობიდან აგზნებადზე გადასვლა შესაძლებელია მხოლოდ დამატებითი აგზნების არსებობისას. ასეთი დამატებითი გამომწვევი შეიძლება იყოს ნივთიერების ტემპერატურა. მაღალ ტემპერატურაზე ეს გადასვლა სწრაფად ხდება, დაბალ ტემპერატურაზე - ნელა.

როგორც უკვე აღვნიშნეთ, სინათლის გავლენით ლუმინესცენციას უწოდებენ ფოტოლუმინესცენციაელექტრონული დაბომბვის გავლენის ქვეშ – კათოდოლუმინესცენციაელექტრული ველის გავლენის ქვეშ – ელექტროლუმინესცენციაქიმიური გარდაქმნების გავლენის ქვეშ - ქიმილუმინესცენცია.

კვანტური გამაძლიერებლები და გამოსხივების გენერატორები

ჩვენი საუკუნის 50-იანი წლების შუა ხანებში დაიწყო კვანტური ელექტრონიკის სწრაფი განვითარება. 1954 წელს სსრკ-ში გამოჩნდა აკადემიკოსების ნ.გ.ბასოვისა და ა.მ. პროხოროვი, რომელშიც სანტიმეტრის დიაპაზონში ულტრამოკლე რადიოტალღების კვანტური გენერატორი ე.წ. მასერი(მიკროპროგრამული გაძლიერება გამოსხივების სტიმულირებული გამოსხივებით). ხილულ და ინფრაწითელ რაიონებში შუქის გენერატორებისა და გამაძლიერებლების სერია, რომლებიც გაჩნდა 60-იან წლებში, ე.წ. ოპტიკური კვანტური გენერატორებიან ლაზერები(სინათლის გაძლიერება გამოსხივების სტიმულირებული გამოსხივებით).

ორივე ტიპის მოწყობილობა მუშაობს სტიმულირებული ან სტიმულირებული გამოსხივების ეფექტის საფუძველზე.

მოდით განვიხილოთ ამ ტიპის გამოსხივება უფრო დეტალურად.

ამ ტიპის გამოსხივება არის ელექტრომაგნიტური ტალღის ურთიერთქმედების შედეგი იმ ნივთიერების ატომებთან, რომლებშიც ტალღა გადის.

ატომებში გადასვლები უფრო მაღალი ენერგიის დონეებიდან ქვედაზე ხდება სპონტანურად (ან სპონტანურად). თუმცა, ინციდენტის გამოსხივების გავლენის ქვეშ, ასეთი გადასვლები შესაძლებელია როგორც წინ, ასევე უკანა მიმართულებით. ამ გადასვლებს ე.წ იძულებულიან გამოწვეული. ერთ-ერთი აღგზნებული დონიდან დაბალ ენერგეტიკულ დონეზე იძულებითი გადასვლისას ატომი ასხივებს ფოტონს, რომელიც დამატებით ფოტონს წარმოადგენს, რომლის გავლენითაც მოხდა გადასვლა.

ამ შემთხვევაში, ამ ფოტონის და, შესაბამისად, მთელი სტიმულირებული გამოსხივების გავრცელების მიმართულება ემთხვევა გარე გამოსხივების გავრცელების მიმართულებას, რამაც გამოიწვია გადასვლა, ე.ი. სტიმულირებული გამონაბოლქვი მკაცრად თანმიმდევრულია მამოძრავებელ ემისიასთან.

ამრიგად, სტიმულირებული ემისიის შედეგად მიღებული ახალი ფოტონი აძლიერებს გარემოში გამავალ შუქს. თუმცა, ინდუცირებულ ემისიასთან ერთად, ხდება სინათლის შთანთქმის პროცესი, რადგან მამოძრავებელი ფოტონი შეიწოვება დაბალ ენერგეტიკულ დონეზე მდებარე ატომის მიერ და ატომი გადადის უფრო მაღალ ენერგეტიკულ დონეზე. და

გარემოს შებრუნებულ მდგომარეობაში გადაყვანის პროცესს ეწოდება ამოტუმბულიგარემოს გაძლიერება. მოპოვების საშუალების ამოტუმბვის მრავალი მეთოდი არსებობს. მათგან უმარტივესი არის საშუალების ოპტიკური ტუმბო, რომლის დროსაც ატომები ქვედა დონიდან აღგზნებულ დონეზე გადადის ისეთი სიხშირის სინათლის დასხივებით, რომ .

ინვერსიული მდგომარეობის მქონე გარემოში სტიმულირებული ემისია აღემატება ატომების მიერ სინათლის შთანთქმას, რის შედეგადაც გაძლიერდება სინათლის ინციდენტის სხივი.

მოდით განვიხილოთ მოწყობილობა, რომელიც იყენებს ასეთ მედიას, რომელიც გამოიყენება როგორც ტალღის გენერატორი ოპტიკურ დიაპაზონში ან ლაზერული.

მისი ძირითადი ნაწილია ხელოვნური ლალის კრისტალი, რომელიც არის ალუმინის ოქსიდი, რომელშიც ალუმინის ზოგიერთი ატომს ცვლის ქრომის ატომები. როდესაც ლალის კრისტალი დასხივდება 5600 ტალღის სიგრძის შუქით, ქრომის იონები გადადიან ენერგიის ზედა დონეზე.

საწყის მდგომარეობაში დაბრუნება ხდება ორ ეტაპად. პირველ ეტაპზე, აღგზნებული იონები თავიანთი ენერგიის ნაწილს უთმობენ ბროლის გისოსს და გადადიან მეტასტაბილურ მდგომარეობაში. იონები ამ დონეზე უფრო დიდხანს რჩებიან, ვიდრე ზედა დონეზე. შედეგად მიიღწევა მეტასტაბილური დონის ინვერსიული მდგომარეობა.

ლაზერში გამოყენებული ლალის ფორმა აქვს 0,5 სმ დიამეტრის და 4-5 სმ სიგრძის ამ ღეროს ბრტყელი ბოლოები ისეა გაპრიალებული და მოვერცხლილი, რომ ერთმანეთის პირისპირ ორ სარკეს ქმნის. მათგან გამჭვირვალეა. მთელი ლალის ღერო მდებარეობს იმპულსური ელექტრონული მილის მახლობლად, რომელიც გამოიყენება საშუალო ოპტიკური სატუმბით. ფოტონები, რომელთა მოძრაობის მიმართულებები ქმნიან მცირე კუთხეებს ლალის ღერძთან, განიცდიან მრავალჯერადი ანარეკლს მისი ბოლოებიდან.

ამიტომ მათი გზა კრისტალში ძალიან გრძელი იქნება და ამ მიმართულებით ფოტონების კასკადები უდიდეს განვითარებას მიიღებს.

სხვა მიმართულებით სპონტანურად გამოსხივებული ფოტონები გამოდიან ბროლიდან მისი გვერდითი ზედაპირის შემდგომი გამოსხივების გარეშე.

როდესაც ღერძული სხივი საკმარისად ინტენსიური ხდება, მისი ნაწილი ბროლის გამჭვირვალე ბოლოდან გადის გარეთ.

დიდი რაოდენობით სითბო წარმოიქმნება კრისტალის შიგნით. ამიტომ, ის ინტენსიურად უნდა გაცივდეს.

ლაზერულ გამოსხივებას აქვს მრავალი მახასიათებელი. მას ახასიათებს:

1. დროითი და სივრცითი თანმიმდევრულობა;

2. მკაცრი მონოქრომატული;

3. მაღალი სიმძლავრე;

4. სხივის სივიწროვე.

რადიაციის მაღალი თანმიმდევრულობა ხსნის ფართო პერსპექტივებს ლაზერების გამოყენებისთვის რადიო კომუნიკაციებისთვის, განსაკუთრებით კოსმოსში მიმართული რადიო კომუნიკაციებისთვის. თუკი მოიძებნება სინათლის მოდულაციისა და დემოდულაციის გზა, შესაძლებელი იქნება უზარმაზარი ინფორმაციის გადაცემა. ამრიგად, გადაცემული ინფორმაციის მოცულობის თვალსაზრისით, ერთ ლაზერს შეუძლია შეცვალოს მთელი საკომუნიკაციო სისტემა შეერთებული შტატების აღმოსავლეთ და დასავლეთ სანაპიროებს შორის.

ლაზერის სხივის კუთხოვანი სიგანე იმდენად მცირეა, რომ ტელესკოპური ფოკუსირების გამოყენებით შესაძლებელია მთვარის ზედაპირზე 3 კმ დიამეტრის სინათლის ლაქის მიღება. სხივის მაღალი სიმძლავრე და სივიწროვე საშუალებას იძლევა, ლინზების გამოყენებით ფოკუსირებისას, მივიღოთ ენერგიის ნაკადის სიმკვრივე 1000-ჯერ მეტი, ვიდრე ენერგიის ნაკადის სიმკვრივე, რომელიც მიიღება მზის შუქის ფოკუსირებით. სინათლის ასეთი სხივები შეიძლება გამოყენებულ იქნას დამუშავებისა და შედუღებისთვის, ქიმიური რეაქციების მიმდინარეობაზე ზემოქმედებისთვის და ა.შ.

ზემოთ აღნიშნული არ ამოწურავს ლაზერის ყველა შესაძლებლობას. ეს არის სრულიად ახალი ტიპის სინათლის წყარო და ჯერ კიდევ ძნელი წარმოსადგენია მისი გამოყენების ყველა შესაძლო სფერო.