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:

Сотрудничество потребительской кооперации и науки
Одной из важнейших задач высших учебных заведений системы потребительской кооперации является научное сопровождение деятельности потребительских обществ, проведение актуальных исследований, направленных на повышение эффективности социально-экономической деятельности кооперации. Внутри потребительск ...

Категории

© 2019 Copyright www.sotbay.ru