Спектры испускания и поглощения взаимнообратны

Рис. 27. Взаимная обратимость спектр испускания и поглощения водорода

Спектры комбинационного рассеяния

 

В процессе рассеяния может меняться длина волны света. Это явление носит название комбинационного рассеяния. Открыто в 1928 г. индийским физиком Ч. Раманом, Л.И. Мандельштамом и Г.С. Ландсбергом, поэтому называется рамановским рассеянием.

При этом в спектре монохроматического (лазерного) луча, прошедшего через жидкость, рядом с основной линией появляются дополнительные т.н. «стоксовы» и «антистоксовы» линии.

Механизм комбинационного рассеяния

 

Комбинационное рассеяние возникает вследствии колебаний дипольных молекул, индуцированных переменным электрическим полем волны света.

 

Рис. 28. Возникновение спектров комбинационного рассеяния (КР)

 

Анализ спектров КР позволяет выяснять строение молекул.

Пример: в спектре фосфористой кислоты (Н₃РО₃) была найдена частота, отвечающая валентному колебанию Р-Н

 

Инфракрасная спектроскопия

 

Энергия кванта ИК-излучения от 60 до 8 кДж/моль сответствует диапазону энергий колебаний ядер в молекулах и кристаллах и энергий теплового движения молекул и потому ИК излучение поглощается и его энергия переходит в энергию колебаний.

 

Характерные волновые числа колебаний групп атомов

1.≡С-H 3300-3340 см-1

2.=СH₂ 3080-3100 см-1

3. C₆H₅ -H 3000-3100 см-1

(Волновое число – величина, которая обратна длине волны).

Наличие характерных частот в (ИК) спектре поглощения позволяет обнаружить присутствие определенных групп атомов.

Интенсивность полос поглощения пропорциональна концентрации содержащих эти группы веществ.

 

Ультрафиолетовая и видимая спектроскопия

 

Энергия кванта УФ- и видимого излучения от 630 до 160 кДж/моль сответствует диапазону энергий перехода валентных электронов из основного состояния в возбужденное. Поглощение видимого излучения приводит к возникновению цвета вещества.

УФ и видимая спектроскопия позволяет делать выводы о строении соединений, характере химических связей, качественном и количественном составе.

 

Спектрофотометрия

 

Спектрофотометрия изучает связь спектров поглощения газообразных, жидких и твердых веществ с их составом и строением, а также с концентрацией их в растворах

Рис. 29. Схема спектрофотометра

1. Источник света; 2. Монохроматор; 3. Полупрозрачное зеркало; 4. Зеркало; 5. Кювета с образцом; 6. Кювета сравнения; 7. Фотоприемник; 8. Усилитель.

Радиочастотная спектроскопия

Ядерный магнитный резонанс

Под действием поглощаемого излучения радиочастотного диапазона ядра в постоянном магнитном поле переходят из одного энергетического состояния (со спином антипараллельным полю) в другое (с параллельным полю спином).

Если непрерывно облучать образец слабым радиочастотным излучением (сотни мегагерц), а напряженность магнитного поля плавно менять с помощью электромагнита: последовательно создаются резонансные условия для различных ядер и избирательно поглощаются определенные частоты радиоизлучения.

 

Использование ЯМР-спектров

Спектр сравнивается со спектром известного вещества – делается вывод о наличии функциональных групп, содержащих ядра определенных элементов (часто водорода). Ядра водорода поглощают излучение различных частот в зависимости от химического окружения.