Молекула предиссоциация

Соударения с тяжелыми частицами в этом случае для расчета скорости диссоциации электронным ударом несущественны при любой степени ионизации. Это справедливо и для других молекул, низшие возбужденные состояния которых нестабильны (гидриды, галогены) [3],а также и для большинства многоатомных молекул, предиссоциация в спектрах которых настолько сильна, что возбужденные уровни в излучении не наблюдаются (см. стр. 145). [c.151]

Мономолекулярный распад электронно-возбужденных молекул (предиссоциация вращением) также приводит к значительным. [c.90]

Квантовая механика позволяет разработать теорию предиссоциации. Для понимания явления предиссоциации рассмотрим качественную сторону этой теории. Для каждого данного электронного состояния молекулы можно построить систему вибрационных уровней. [c.67]

Процесс предиссоциации легче всего можно себе представить, рассматривая потенциальные кривые (рис. П,.6) и пользуясь при этом принципом Франка — Кондона. Кривая I в обоих случаях соответствует нормальному состоянию. В результате электронного возбуждения молекула переходит в новое энергетическое состояние, которому соответствует кривая 2. Еще большему запасу энергии соответствует кривая 3. Пока верхний колебательный уровень лежит ниже уровня О, молекула вполне устойчива, и этим переходам соответствуют полосы нормального строения. Начиная с уровня О и выше, в спектре появляются диффузные полосы. Появление их легко понять, если рассмотреть поведение молекулы, энергия колебания которой соответствует точкам, расположенным выше уровня О. Пусть при возбуждении молекула попадает на уровень Е. Колебания ядер молекулы и изменения потенциальной энергии молекулы можно сравнить с движением тяжелого шарика. Шарик, поднятый в точку на кривой 2 и предоставленный самому себе, будет двигаться со все возрастающей скоростью и, пройдя низшую точку потенциальной кривой с максимальной кинетической энергией, поднимется до точки , лежащей на том же уровне, что и точка . При обратном движении, когда шарик попадет в точку С, у него будут две возможности или катиться вниз по прежней кривой, или перейти на кривую 3, не изменив своей кинетической энергии (в соответствии с принципом Франка— Кондона). Если шарик перейдет на кривую 3, то, катясь по ней, он поднимется выше уровня О, поэтому, двигаясь обратно по этой же кривой. [c.68]

Явление предиссоциации представляет очень большой интерес при проведении фотохимических реакций, так как, затрачивая небольшие количества энергии (меньшие, чем это соответствует сплошной области поглощения), удается вызвать распад молекулы на атомы. Особый интерес в этом отношении представляет явление индуцированной предиссоциации. [c.71]

Слово предиссоциация принято для обозначения появления в спектрах поглощения определенной структуры. Для спектров поглощения простых молекул в газовой фазе характерна четкая вращательная структура, но в некоторых случаях эта структура размывается, давая диффузные полосы в области длин волн длиннее, чем порог оптической диссоциации. Например, в спектре поглощения Зг наблюдается диффузная область вблизи полосы перехода 17,0, хотя для других полос характерна резкая вращательная структура. [c.51]

Предиссоциация возникает при пересечении потенциальных кривых двух различных возбужденных электронных состояний и наличия канала безызлучательного внутримолекулярного обмена энергией между ними. На рис. 3.3 показано пересечение потенциальных кривых для молекулы 5г- Так как диффузная область возникает при увеличении ширины линии отдельных вращательных переходов, то прежде всего нужно рассмотреть, чем определяется ширина линии в отсутствие безызлучательного перехода. В отсутствие молекулярных столкновений частицы остаются в возбужденном состоянии некоторый промежуток времени (радиационное время жизни то) порядка 1/Л, где Л — коэффициент Эйнштейна для спонтанного излучения. Спектральная линия имеет минимальную конечную ширину — естественную ширину линии, которая связана с радиационным временем жизни соотношением, основанным на принципе неопределенности Гейзенберга [c.51]

Химическая диссоциация может происходить вследствие безызлучательного перехода возбужденной молекулы, если энергия результирующего состояния достаточна для его диссоциации. При этом величина этой энергии может быть меньше, чем энергия диссоциации для состояния, заселяющегося при поглощении излучения. Для двухатомной молекулы состав продуктов диссоциации не зависит от механизма диссоциации. Следовательно, степень возбуждения фрагментов, образующихся в результате предиссоциации при энергии ниже порога оптической диссоциации, должна быть ниже, чем у продуктов оптической диссоциации в непрерывной области поглощения. Кривые потенциальной энергии Зг, представленные сплошной линией на рис. 3.3, показывают, что в результате предиссоциации образуются два атома в основном состоянии, 5( Р), тогда как в случае оптической диссоциации — один атом в возбужденном состоянии, 5 ( /)). Важно отметить, что в более длинноволновой по сравнению с порогом диссоциации области спектра предиссоциация может приводить к продуктам, отличным от продуктов оптической диссоциации. [c.53]

Другим фактором, определяющим вероятность пересечения, является промежуток времени, когда молекула сохраняет конфигурацию, соответствующую точке пересечения. Этот промежуток определяется скоростью прохода, задаваемой избытком энергии молекулы над уровнем, необходимым для пересечения. Часто спектр, имеющий диффузные участки вследствие предиссоциации, вновь становится линейчатым в коротковолновой области. [c.54]

Эффективность пересечения двух электронных состояний может быть настолько низкой, что в этом случае предиссоциация не приводит к уменьшению интенсивности полос испускания. Даже в отсутствие таких процессов, как физическое тушение, излучательные потери приводят к тому, что большинство возбужденных частиц не претерпевает химических превращений. Такая низкая эффективность внутримолекулярного обмена энергией для двух пересекающихся состояний обычно возникает при действии запрещения безызлучательного перехода. Существуют, однако, ситуации, когда эффективность безызлучательного перехода зависит от внешних условий. Столкновения с другими частицами, наличие электрического или магнитного поля могут приводить к снятию запрета на оптические переходы. Подобное явное нарушение правил отбора наблюдается и для безызлучательных переходов — правила действуют лишь для невозмущенных молекул. Увеличение вероятности пересечения соответствующих состояний приводит К увеличению относительного вклада предиссоциации, так как молекула возмущена влиянием внешних воздействий. Предиссоциация, эффективно протекающая лишь при наличии некоторого внешнего возмущения, называется индуцированной. [c.54]

Безызлучательные переходы наиболее характерны для сложных молекул, что объяснялось в начале разд. 3.3, и процессы, включающие подобный внутримолекулярный обмен энергией, являются наиболее вероятным путем фотодиссоциации. Обменные процессы подробно обсуждаются в гл. 4 и 5, так как меж- и внутримолекулярные процессы обмена энергией изучаются в основном по излучательным (эмиссионным) явлениям, описываемым в гл. 4. Однако процессы предиссоциации и индуцированной предиссоциации были рассмотрены нами на примерах очень простых молекул, и необходимо убедиться, сохраняются ли те же закономерности фотохимической диссоциации для более сложных частиц. [c.56]

Существуют два основных препятствия при описании фотохимии больших молекул с той же точностью физических формулировок, что и для простых. Во-первых, структура спектров поглощения сложных частиц становится уже трудноразрешима, вследствие чего довольно трудно проводить как идентификацию состояния, так и распознавание оптической диссоциации и предиссоциации. Размытость спектральной структуры, естественно, является результатом как усложнения спектра и уплотнения колебательных и вращательных уровней, так и увеличения числа электронных состояний. Рис. 3.4 показывает исчезновение разрешаемой структуры спектра при переходе от формальдегида к ацетальдегиду. Во-вторых, для возбужденной многоатомной молекулы существует несколько путей фрагментации. [c.56]

Теперь должны быть очевидны существенные различия между предиссоциацией двухатомной молекулы и описанным здесь механизмом фотодиссоциации сложной частицы. Если какое-то состояние двухатомной молекулы заселено посредством внутримолекулярного энергетического перехода и обладает энергией, достаточной для диссоциации, то распад, скорее всего, произойдет в течение одного колебания (т. е. примерно заЮ с) если же заселенный уровень находится ниже порога диссоциации этого состояния, то (за исключением особых случаев) реакция не произойдет. Для случая большой молекулы в это описание следует внести три важных замечания. Во-первых, [c.61]

Столкновительное уширение и отсутствие хорошо разделенных вращательных уровней в жидкой фазе могут затруднять наблюдение предиссоциации даже в случае простой молекулы, что заставляет использовать косвенные методы, например наблюдение за длиной волны, соответствующей началу предиссоциации, которая может различаться в случае газа и жидкой фазы. Таким образом, при переходе от газа к раствору могут изменяться как длина волны излучения, вызывающего фотохимические процессы, так и относительный вклад фотохимического процесса по сравнению с другими конкурирующими процессами. [c.69]

Безызлучательные переходы могут привести к быстрому опустошению уровней и вблизи области пересечения потенциальных кривых такое опустошение уровней — одна из причин того, что резонансная флуоресценция сложных молекул достаточно редка, даже при низких давлениях. Как было отмечено в разд. 3.3, если скорость процессов, связанных с пересечением потенциальных кривых, всего лишь в 10 раз больше скорости радиационных (например, в случае обычной разрешенной флуоресценции скорость процессов, связанных с пересечением, порядка 10 с ), то интенсивность излучения уменьшится приблизительно в 10 раз. Поэтому уменьшение интенсивности излучения является чувствительным тестом процесса предиссоциации. Этот эффект хорошо иллюстрируется на примере флуоресценции N02. Первичный квантовый выход распада N02 резко возрастает, когда длина волны короче той, при которой спектр поглощения становится размытым (Х< 400 нм). Квантовый вы.ход флуоресценции N02 имеет противоположную тенденцию он весьма существен для длин волн больше приблизительно 410 нм и незначителен при Х<390 нм. Сумма квантовых выходов флуоресценции и диссоциации равна единице во всем диапазоне от 360 до 450 нм. Электронно-возбужденные молекулы N02 могут также образовываться химически по реакции [c.92]

Правила отбора для безызлучательного перехода в простых молекулах даны в разд. 3.3 при обсуждении предиссоциации. Гораздо труднее сформулировать подобные правила для сложных молекул, но по крайней мере правило сохранения спина [c.101]

Процессы Оже в молекулах, соответствующие диссоциации, впервые обнаружили Бонгоффер и Фаркаш 1101 после того, как Анри 1491 наблюдал истинную диффузность в некоторых молекулярных спектрах. В молекулах часто бывает, что дискретные возбужденные состояния лежат выше первого диссоциационного предела и поэтому перекрываются непрерывной областью энергии (рис. 102, б). Тогда, если соблюдаются определенные правила отбора, в молекуле могут произойти безызлучательные переходы в непрерывную область, в результате чего она диссоциирует. Это явление называется предиссоциацией. [c.181]

Известно много случаев предиссоциации в стабильных молекулах и свободных радикалах, как двухатомных, так и многоатомных. Подтверждением того, что диффузность обусловлена процессом Оже, в свое время было наблюдение фотохимического разложения при поглощении света в диффузной области (см. распад системы на стр. 180). Однако для свободных радикалов в газовой фазе обнаружить такое разложение затруднительно. Поэтому установление одного или двух из перечисленных критериев нужно считать достаточным для доказательства наличия предиссоциации в том или ином случае. [c.181]

В соответствии с тремя формами энергии молекулы можно различать три случая предиссоциации. [c.183]

Наблюдаемая предиссоциация всегда соответствует верхнему пределу энергии диссоциации молекулы. Однако, даже при наблюдении резкой границы предиссоциации, не всегда легко установить, соответствует ли она точному значению диссоциационного предела и можно ли из нее получить надежные значения энергии диссоци [c.188]

Процессы безызлучательной физической дезактивации нельзя наблюдать непосредственно. Косвенно их можно оценивать по влиянию на эффектнв1юсть (квантовые выходы) люминесценции (флуоресценции и фосфоресценции) и фотохимических реакций. В этом разделе мы не будем касаться процессов, происходящих при химическом изменении молекулы. Предиссоциация будет рассмотрена в гл. 7. [c.79]

Нужно заметить, что классическая потенциальная кривая существует как строго определенное понятие лишь в том случае, когда справедливо разделение электронной и колебательной энергий. В точках пересечения кривых это приближение не сохраняется и участки кривых расплываются в поверхность определенной площади. В фотохимии многоатомных молекул предиссоциация, вызванная столкновениями, играет важную роль в механизме внутреннего переноса энергии. Для подробного знакомства с явлением предиссоциации отсылаем читателя к превосходному обзору Шпонер [31]. [c.151]

Вольман [82] высказал предположение, что в обратимой реакции синтеза О3 из О2, фотосенсибилизированного Нд, последовательность при 2537 А такова Hg - -02—>0 +Н8, за ней следует 0 - -02- 0з-)-0. Молекула 0 могла бы быть колебательновозбужденной молекулой в основном состоянии или электронновозбужденной метастабильной молекулой в состоянии 2 или же находиться в одном из более низко лежащих синглетных состояний. Вольман предполагает, что при 1849 А последовательность является такой Нд +02- 02 [32й1 4- Нд, за которой следует предиссоциация возбужденной молекулы О2 на два возбужденных атома [зр]0 в переходном состоянии. И в этом случае доказательства не являются прямыми. Последнее предположение противоречит цепному [c.352]

Для молекулы, находящейся на высоком колебательном уровне в возбужденном электронном состоянии, есть две возможности или вернуться на более низкий энергетический уровень за счет излучения света, или же перейти в состояние, где уровни ее энергии окажутся в континууме н вследствие этого избыток энергии пойдет на разрыв химической связи, т. е. произойдет диссоциация. Таким образом, если переход от дискретной системы уровней к сплошной разрешен соответствующими правилами отбора, то наступление предиссоциации должно выразиться не только в том, что исчезнет вращательная структура полос, но и в том, что произойдет уменьшение интенсивности флюоресценции. Последнее можно использовать для фиксирования предиссоциации. Во многих случаях этот метод установления предиссоциа-дии оказывается более удобным, чем обнаружение расширения вращательных линий в полосе. Например, при облучении NHa светом, длина волны которого соответствует области предиссоциации, полностью исчезает флюоресценция аммиака и распад аммиака уже не зависит от давления. Эти факты совершенно однозначно указывают на то, что диссоциация аммиака происходит непосредственно после поглощения света, а не -в результате дополнительного влияния столкновения молекул друг с другом. [c.68]

Интересной и хорошо изученной является предиссоциация молекулы двуокиси азота, для которой реализуются оба рассмотренных выше случая наблюдаются две области предиссоциации. Постепенное размывание линий в полосе наблюдается при Л=3800А и затем при Л=2459А (рис. И, 7). В первой области возникают молекула окиси азота и нормальный атом кислорода, Вторая область предиссоциации соответствует образованию окиси азота и возбужденного атома кислорода в состоянии В области предиссоциации, когда полностью затухает флюоресценция, фотохимическая диссоциация молекулы идет с квантовым выходом 2. Это позволяет предположить, [c.69]

Как уже указывалось, для того чтобы процесс предиссоциации был возможен, необходимо соблюдение правил отбора. Эти правила могут быть нарушены путем помещения молекулы в электрическое или магнитное поле. Так, например, флюоресценция паров иода, возбужденных зеленой ртутной линией, может быть нотушена достаточно интенсивным магнитным полем. Как показывают опыты, а также характер потенциальных кривых, при этом происходит диссоциация молекулы иода на атомы. При отсутствии магнитного поля этот процесс запрещен правилами отбора. При наложении магнитного ноля в данном случае снимается правило, требующее постоянства момента количества движения (Д/=0), и вследствие этого становится возможной предиссоциация. Такое явление получило название магнитного тушения флюоресценции. [c.70]

Заметим, что црсщессами, следующими закону превращения первого порядка, являются диссоциация (при высоких давлениях) и предиссоциация молекулы, а также ряд физических процессов излучение света возбужденным атомом или молекулой, радиоактивный распад и др. [c.7]

Радиационная стабилизация, являющаяся обращением фотодиссоциации в области предиссоциации, была, видимо, обнарупсснп при исследовании рекомбинации атомов кислорода при высоких температурах (2500—3000 К) в [428]. В этой работе для суммарной константы скорости образования молекулы Оз в основном электронном состоянии бы то по.71учепо иырп-жение [c.122]

Отметим, что, как было показано в работе [579], при фотохимической активации молекул О2 в области дискретного поглощения (X = 1849,6 А) в результате предиссоциации в качестве первичных активных центров образуются атомы О, как ч области сплошного поглощепия подобно тому, как это имеет место для галогенов. [c.167]

Коэффициент г может быть обусловлен зависимостью от температуры как первичного акта, в результате которого образуются активные реакции, так и вторичных процессов. Температурную зависимость первичного акта нужно, в частности, ожидать, когда реакция проводится в спектральной области, расположенной вблизи границы, ра.чделяющей сплошной и дискретный спектры поглощения, или же вблизи границы предиссоциации. В этих случаях, благодаря увеличению числа молекул на болсс высоких колебательных уровнях, те длины волн, которые при низких температурах приходятся на дискретный участок спектра поглощения, при повышении температуры могут окязаться в области сплошного поглощения или в области предиссоциации, в результате чего эффективность этих длин волн повышается. [c.169]

Из того факта, что энергия метастабильного уровня E несколв-ко ниже энергии у дна зоны проводимости, ясно, что энергетический зазор Е4-з=Е — Ез меньше ширины запрещенной зоны Е2-1=Е2 — Ей Следовательно, в твердом веществе, активированной примесями и находящемся благодаря этому в метастабильном состоянии, значительная часть валентных электронов (а имен- но около 0,1%) связана с атомными остовами менее прочно, чём в чистом веществе, не содержащем активирующих примесей. А. Н. Теренин установил, что преобразование электронной энергии возбуждения путем разрыва наиболее слабой валентной связи в потенциальную энергию движения атомных ядер, т. е. в вибрационную энергию, характерно для многоатомных молекул и, добавим, тем более для твердого вещества. Он назвал это явление предиссоциацией. Таким образом, поглощение света веществом при определенных условиях сопровождается разрывом валентных связей и тем самым придает веществу повышенную химическую [c.128]

Сложные органические молекулы обычно прямо не диссоциируют при поглощении света в области спектральных максимумов. Больщое число близкорасположенных электронных состояний, множество колебательных мод — все это приводит к увеличению вероятности безызлучательных переходов. Таким образом, какое-то одно возбужденное состояние, расположенное ниже предела диссоциации, может безызлучательно перейти в другое возбужденное состояние, лежащее выще предела диссоциации. Подобные процессы для малых молекул носят название предиссоциации, физические принципы которой объясняются в этом разделе. [c.51]

Один из первых случаев обнаружения индуцированной предиссоциации касается особенностей спектра поглощения молекулы 1г для перехода (рис. 3.1). При очень низких давлениях поглощение в линейчатой области ниже диссоциацион-ного континуума сопровождается соответствующим спектром флуоресценции. Существует, однако, пересекающее состояние Ш электронное состояние, для которого безызлучательные переходы обычно запрещены, и добавление постороннего газа (Аг при давлении около 30 мм рт. ст.) приводит к ослаблению полос испускания, расположенных выше предиссоциационного предела. В самом деле, продукт предиссоциации — атомарный иод — детектируется (по атомным линиям поглощения) при тех же условиях, когда исчезают полосы испускания. Увеличение интенсивности соответствующих полос поглощения также наблюдается при добавлении постороннего газа, и нет сомнений, что этот эффект — результат индуцированной предиссоциации, Предиссоциация приводит к образованию двух атомов в основном состоянии и наблюдается для других галогенов так же, как и для г, при длинах волн, обеспечивающих достаточную энергию для разрыва цепи. Так, при фотоброми-ровании этилена квантовый выход первой стадии [c.55]

Одним из наиболее эффективных примеров предиссоциации, индуцируемой внешним полем, а не столкновениями молекул, является тушение флуоресценции 1а при наложении магнитного поля. Излучение флуоресценции в видимой области спектра исчезает при использовании достаточно сильного магнитного поля. В этом случае правило отбора ДЛ = 0 не выполняется строго в присутствии магнитного поля, и может происходить пересечение с одним из предиссоциационных состояний с последующим образованием двух атомов иода в основном состоянии. [c.56]

Схема спектра на рис. 93 составлена таким образом, чтобы она отображала наблюдаемую полосу поглощения радикала СОз около 2144 А, спектрограмма которой приводится на рис. 94, б. В этом случае симметрияа ядерный спин / = 1. Из-за уширения вследствие предиссоциации близко расположенн ле друг к другу линии различных подполос (рис. 93) в спектре не разрешаются. Очень слабое чередование интенсивности можно заметить в хвосте Р-ветви, а весьма сильное чередование происходит в начале / -ветви [линия/ (0), по-видимому, отсутствует]. Такое чередование интенсивности может быть обусловлено только чередованием интенсивности в подполосе с /С = 0. Установив такое чередование, можно с уверенностью заключить, что молекула плоская, по край- [c.165]

Если электронно-колебательные или электронно-колебательновращательные взаимодействия не являются пренебрежимо малыми, то может происходить предиссоциация с нарушением электронных правил отбора. Ни в одном случае не было установлено точно, что предиссоциация становится возможной вследствие электронноколебательного взаимодействия. Однако имеется много примеров, когда предиссоциация становится возможной из-за взаимодействия вращательного движения с электронным. Такие случаи легко выявить по зависимости ширины линий от вращательных квантовых чисел. Для двухатомных и линейных многоатомных молекул правило отбора для такой гетерогенной предиссоциации записывается [c.186]

В качестве примера для многоатомной молекулы рассмотрим предиссоциацию в свободном радикале НСО. Как уже отмечалось (стр. 172), в системе полос в красной области, для которой верхнее состояние относится ктипу М", все полосы с крайне диффузны, [c.187]

Интересный случай наблюдался у молекулы НгЗ. Если эти молекулы бомбардировать электронами, та при ускоряющем напряжении выше потенциала ионизации (10,47 эВ) образуются нормальные ионы При энергиях выше 13,1 эВ возникают ионы 8 , часть которых дает пики не с обычной массой (т = 32), ас кажущейся массой (т 30,1). На основании этого можно за1 лючить, что ионы 5+ ускорялись в виде ионов Н25 , которые затем самопроизвольно распадались (предиссоциировали) на 5 +Н2 [30]. Состояние, вызывающее предиссоциацию, является квартетным (ибо основное состояние иона 5+ относится к типу 5, а основное состояние молекулы Нг— к типу тогда как состояние, возникающее при ионизации молекул НзЗ, может быть толькр дублетным. Из-за нарушения правила отбора для спина (А5 = 0) предиссоциация совершается весьма медленно, так что распад происходит лишь после ускорения ионов НзЗ . В тожевремя причина метастабильности возбужденного иона НзЗ (до предиссоциации) должна заключаться в том, что возбуждение носит только колебательный характер,-а излучение в инфракрасной области (если оно вообще разрешено) происходит достаточно медленно (за время порядка 10 с), так что предиссоциация успевает произойти. [c.188]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология