Золотая педагогика

Теория эффекта комбинационного рассеяния света

Страница 5

С

С

Рисунок 4 – Схема колебаний молекулы CO2

Рассмотрим это на примере молекулы CO2. Это линейная молекула, поэтому количество колебательных степеней свободы равно 4. На рисунке 4 схематично указаны возможные виды собственных колебаний. Первое колебание полностью симметричное, которое сохраняет все виды симметрии, имеющиеся в этой молекулы. Поскольку молекула имеет центр симметрии, то ее дипольный момент равен нулю, а следовательно, не может излучать инфракрасное излучение соответствующей частоты. А в спектре комбинационного рассеяния это колебание, напротив, наблюдается, поскольку при таком колебании изменяется расстояние между атомами, а значит, сильно изменяется поле, в котором находятся валентные электроны молекулы, и, как следствие, изменяется поляризуемость молекулы.

Второе колебание – антисимметрично. В тот момент, когда одна половинка молекулы растянута, другая сжата, поэтому линейные вклады их в полную модуляцию взаимно компенсируются, а из разложения остаются последующие члены, т.е. модуляция поляризуемости пропорциональна квадрату амплитуды колебаний молекулы:, и ею можно пренебречь. Тот факт, что переменная часть б изменяется с частотой, пропорциональной cos2щ, легко видеть и из формы колебаний.

Следующее колебание двукратно вырождено – это изгибные колебания во взаимно перпендикулярных плоскостях. Эти колебания дают дипольное излучение и не дают комбинационного рассеяния. Последний факт легко понять. Действительно, представив себе изменение формы молекулы через половину периода, мы получаем, в сущности, ту же картину, т.е. модуляция поляризации происходит только на частоте 2щ. Двойная частота возникает из модуляции, пропорциональной квадрату амплитуды колебания молекулы, и такой модуляцией следует пренебречь. Говорят, что такое колебание не активно в комбинационном рассеянии.

Приведенный пример показывает, что наиболее простым для рассуждений является случай молекул, обладающих центром симметрии. В случае симметричных колебаний дипольный момент таких молекул не изменяется. Поляризуемость молекулы, наоборот, сильно изменяется при таких колебаниях, так как в этом случае изменяется расстояние между ядрами, а значит, и поле, в котором находится электронное облако, следовательно, и способность электронного облака к деформации. В случае антисимметричных колебаний форма молекулы искажается, что приводит к изменению дипольного момента молекулы. Поляризуемость же при таком колебании не меняется. Для таких молекул существует «правило альтернативного запрета»: «При наличии в молекуле центра симметрии колебания, разрешенные в спектрах комбинационного рассеяния, запрещены в инфракрасных спектрах, и наоборот».

Строгая теория позволяет установить не только способность колебаний к проявлению в экспериментальных спектрах, но и то, какой тип рассеяния разрешен, степень поляризации рассеянного света. Степень поляризации рассеянного света является еще одной важной экспериментальной характеристикой, позволяющей делать выводы об анизотропии молекул, их симметрии.

Страницы: 1 2 3 4 5 6

Еще по теме:

Мариинский институт
Учебное заведение было открыто 22 декабря 1797 года как училище для беднейших сирот мещанского сословия. 17 ноября 1800 года по Высочайшему повелению учебное заведение Императрицы Марии Федоровны получило официальное наименование: «Мариинский институт». Первый выпуск состоялся в 1802 году. Мария Фё ...

Категории

© 2018 Copyright www.sotbay.ru