Энергия колебания атомных ядер

Первый том нового (шестого) издания справочника состоит из пяти книг, посвященных атомной и молекулярной физике. Первая книга — правила пользования справочником, метрическая система, основные физические и химические константы, атомы и ионы (спектры, радиусы, магнитные моменты, поляризуемость, эффект Фарадея). Вторая и третья книги — свойства молекул, молекулярных ионов и радикалов межатомные расстояния, энергии химических связей, колебания и вращение молекул, барьеры внутреннего вращения, ИК-, КР- и микроволновые спектры, спектры поглощения, энергии ионизации, оптическое вращение, поляризуемость, магнитные моменты, квантовые выходы фотохимических реакций. Четвертая книга — кристаллы (строение, типы решеток, рентгеновские спектры, радиусы атомов и ионов) пятая — атомное ядро и элементарные частицы (свойства ядер, естественная радиоактивность, ядерные реакции, космические лучи). [c.44]

Что касается электронов, возникает вопрос о том, какая доля из их общего числа сохраняет свою преимущественную связь с определенным ядром и сколько электронов следует считать находящимися на новых молекулярных орбиталях, принадлежащих ядерному скелету молекулы в целом. Даже в простейшем случае двухатомной молекулы нельзя говорить о зафиксированных энергетических уровнях различных состояний молекулы, так как при изменениях межъядерных расстояний (при колебании ядер в молекуле, при ее растяжении от центробежной силы при молекулярном вращении) энергия связи делается переменной величиной и вместо фиксированного энергетического уровня следует представлять себе потенциальную кривую с определенной глубиной связевого минимума на ней, отвечающего энергии диссоциации. Таким образом вместо набора уровней возбужденных атомных состояний даже в простейшем случае для двухатомных молекул получается набор потенциальных кривых, а вместе с ним и большая серия принципиально новых правил, определяющих вероятности переходов с одной кривой на другую в тех или иных условиях. Для многоатомных молекул речь идет уже в свете потенциальных поверхностей. [c.128]

Е ли молекула построена симметрично, то две или больше частоты могут совпадать. В этих случаях соответствующие колебания называют дважды, трижды и т. д. вырожденными. В сумму выражения (146) они входят с множителем 2, 3 и д., отвечающим степени вырождения. Например для СОа из спектральных данных были получены следующие частоты pv = = 960,1830 и 3280. Из них первая вырождена дважды. Таким образом мы в этом примере имеем не три, а четыре колебательных степени свободы. Это объясняется тем, что молекула СО3 построена так, что все три атома (углерод посредине) лежат на одной прямой. На долю вращения приходится в этом случае лишь две степени свободы (вращение вокруг оси, соединяющей атомные ядра, не требует энергии, как и в двухатомных молекулах) и на колебания остаются Зл — 5 = 4 степени свободы. Окончательно [c.56]

Молекула в невозбужденном состоянии имеет минимальную энергию. При этом ядра атомов совершают колебания относительно равновесного положения го. Кривая Е = [(г) молекулы характеризует сумму энергетических изменений с уменьшением расстояния между атомными ядрами при образовании молекулы. За вычетом появляющейся при сближении атомов небольшой нулевой энергии Со колебаний ядер около положения равновесия изменение энергии системы представляет собой сумму изменений полной энергии электронов и потенциальной энергии взаимодействия атомных ядер. Эта сумма Еа для равновесного расстояния Го отличается от энергии образования химической связи Есв на величину ео, т. е. Ец — Есв — ео. [c.81]

Согласно принципу Франка — Кондона, перенос электронов по туннельному механизму возможен, только если атомные ядра и химические связи реагирующей частицы и продукта реакции находятся в одинаковых энергетических состояниях. Рассмотрим вновь окисление Fe и восстановление Fe " , а также равновесные взаимодействия этих ионов с их окружением. Оба иона сольватированы, что можно выразить символами Fe -ai и Fe -aq. Сила, с которой ферри-ион, несущий больший положительный заряд, удерживает сольватную оболочку, больше, чем для ферро-иона. Поэтому радиус сольватированного ферро-иона несколько больше, чем радиус ферри-иона. Следовательно, туннельный перенос электрона может произойти, только если реагирующая частица в ходе реакции соответствующим образом перестроится. Эта перестройка сольватной оболочки возможна вследствие непрерывных колебаний молекул, входящих в сольватную оболочку, вокруг центрального иона. Разность энергий сольватированного иона в равновесном состоянии и после его перестройки называется энергией перестройки. Она составляет значительную часть энергии, которую необходимо подвести к реагирующей системе, чтобы преодолеть энергетический барьер, препятствующий протеканию реакции. Этот энергетический барьер называется энергией активации (см. приложение Б). Например, константа скорости катодной реакции k . [см. уравнение (2.2)] дается соотношением [c.141]

В разд. 3-1Б-1 была приведена диаграмма, поясняющая происхождение прогрессий полос (рис. 3-12) и последовательностей полос (рис. 3-13), а также дана диаграмма уровней энергии для полос поглощения системы, подобной парам иода (рис. 3-14). Однако такие диаграммы не передают распределения интенсивности по линиям в спектрах, например, газообразного 1г. Интенсивности можно качественно объяснить в терминах потенциальных кривых для основного и возбужденного состояний на основе принципа Франка — Кондона. Согласно этому принципу, время, требуемое для поглощения кванта света и результирующего перехода электрона в возбужденное состояние (около 10 сек), столь мало по сравнению с периодом колебания молекулы (около 10 сек), что за время акта поглощения и возбуждения электрона атомные ядра не успевают изменить сколько-нибудь заметно своего относительного расположения (т. е. сохраняются межъядерные расстояния г) и кинетической энергии ядер (сохраняются скорости ядер). [c.141]

Замечательный новый спектроскопический метод изучения молекул дало открытие ядерного магнитного резонанса (ЯМР). Смысл этого явления заключается в следующем. Если какое-либо вещество содержит атомы, ядра которых имеют магнитный момент (такими атомами являются водород, азот, фтор, фосфор углерод и кислород имеют немагнитные ядра), то в магнитном поле ядра этих атомов стремятся ориентироваться по полю. В результате существования нескольких ориентаций ядерных моментов в магнитном поле уровни энергии атомов расщепляются на так называемые подуровни сверхтонкой структуры. Как известно из атомной теории, если спин частицы (ядра) равен /, то происходит расщепление уровня энергии на 2у4-1 подуровня, соответствующих разным ориентациям магнитиков в пространстве. Если наложить на образец, помещенный в постоянное магнитное поле, некоторое слабое переменное поле, то при определенных условиях резонанса, когда энергия квантов электромагнитного поля точно равна разности энергетических уровней магнитиков, будет наблюдаться поглощение электромагнитной энергии в образце, которое может быть легко измерено. Условие резонансного поглощения hv—Hg l, где к — постоянная Планка, V — частота электромагнитных колебаний, р — магнитный момент ядра, g — постоянная сверхтонкой структуры, Н — магнитное поле. [c.177]

Это явление типично для микромира. Рассмотрим, например, атомную модель Бора. Согласно этой модели, электроны вращаются вокруг ядра только по определенным орбитам. Они могут иметь лишь определенные дискретные значения энергии. Энергия, освобождающаяся при переходе электрона с внешней орбиты (с большей энергией) на внутреннюю (с меньшей энергией), излучается в виде электромагнитного колебания. Частота этого колебания зависит от разности энергий обоих уровней (орбит) [c.9]

Можно показать, что молекула поглощает вращательную энергию только в том случае, когда она имеет дипольный момент. Вследствие этого молекулы с одинаковыми ядрами, как, например, молекулы водорода или кислорода, не дают чисто вращательного спектра. Однако вращательные линии могут наблюдаться в случае таких молекул в их спектрах комбинационного рассеяния (см. стр. 331). Поглощение энергии в микроволновой области может быть обусловлено и другими молекулярными движениями, кроме чистого вращения, например колебанием молекулы аммиака с выворачиванием атомов водорода. Это движение лежит в основе атомных часов . [c.329]

Из всего того, что уже сказано относительно молекулярных спектров, можно ожидать, что они имеют тот же характер, что и атомные, т. е. что они состоят из тонких линий, которые можно класси фицировать по сериям, причем каждая линия соответствует какому-либо энергетическому переходу. Так как всякая молекула обладает-двумя или более тяжелыми ядрами, то очевидно, что причиной потери или поглощения энергии будут не только электронные переходы, но и колебание ядер по отношению друг к другу. Поми.мо колебательного движения молекулы и вращение ее вокруг какой-либо оси тоже является одним из факторов, определяющих ее энергию. [c.57]

В дальнейшем обсуждении мы опускаем рассмотрение вращательных спектров, поскольку для чисто аналитических задач они используются относительно редко, а вращательная энергия по сравнению с общей энергией молекулы сравнительно мала. В первом приближении будем считать, что энергия молекулы определяется ее электронной и колебательной энергиями. Вследствие сильного взаимодействия атомных ядер на первый взгляд представляется, что движение атомов нельзя считать независимым от движения электронов. В действительности, однако, с очень хорошим приближением общую энергию молекулы можно рассматривать как сумму электронной энергии, зависящей только от состояния электронов, и колебательной энергии ядер. Это обусловлено тем, что, хотя электроны и ядра подвержены действию сопоставимых по величине электрических сил, массы первых на несколько порядков меньше масс ядер отсюда переходам электронов из одного состояния в другое отвечает более высокая частота, чем колебаниям ядер. Поэтому можно считать, что ядра (атомы) колеблются в среднем электрическом поле, создаваемом электронами. [c.174]

И ядро атома цезия, и его валентный электрон обладают магнитным моментом. Эти моменты могут быть взаимно ориентированы параллельно или антипараллельно. Разность энергий обоих состояний соответствует излучению со строго определенной частотой колебаний у = 9 192 631 770 сек- (т. е. длиной волны ж 3,26 см). На этой основе были сконструированы цезиевые атомные час ы , точность хода которых еще выше, чем у молекулярных (IX 1 доп. 18). [c.217]

Прежде чем перейти к рассмотрению путей образования осколочных ионов, следует кратко остановиться на условиях, при которых получается масс-спектр в источниках с электронной бомбардировкой. Образец под давлением менее 10 мм рт. ст. проходит через узкий пучок ионизирующих электронов в ионизационную камеру. Среднее значение длины свободного пробега молекул составляет около 1000 см для предотвращения нежелательных столкновений между молекулами или ионами систему непрерывно откачивают. Энергия бомбардирующих электронов (обычно 50—100 эв) значительно выше первого ионизационного потенциала молекулы ( 10 эв). Электроны, обладающие энергией 50 зв, движутся со скоростью 4,2 х 10 см сек и сталкиваются с молекулой диаметром ЮЛ через 2,4 10 сек. Эта величина представляет собой только около /40 периода наиболее быстрых молекулярных колебаний в органических молекулах (валентных колебаний СН). Таким образом, конфигурация атомных ядер в молекуле будет очень мало изменяться при прохождении ионизирующих электронов значительно будет изменяться только положение и энергия электронов в молекуле. Вследствие большого различия в массах ядер и ионизирующих электронов энергия, переданная ионизирующим электроном ядру, будет значительно меньше той, которую получит валентный электрон. При прохождении ионизирующего электрона на расстоянии примерно % Л от одного из валентных электронов последний отрывается от молекулы и образуется молекулярный ион. Такой процесс образования иона носит название вертикального или франк-кондоновского обычно ион образуется не в основном состоянии. Любые последующие электронные перегруппировки в ионе будут осуществляться быстрее, чем произойдет заметное изменение положения ядер. [c.249]

Остальные Зд—6 степеней свободы относятся к колебательным движениям атомных ядер внутри молекулы. Дело обстоит так, как если бы могли совершаться Зи—6 независимых форм колебаний, т. е. нормальные колебания, в каждом из которых все атомы двигались бы в одинаковой фазе. Каждое из этих колебаний квантуется, и если переход с одного колебательного уровня на другой при какой-либо форме вызывает изменение в положении электрических центров молекулы, то последняя может возбуждаться излучением частоты V, определяемой общим законом —Еу Теория показывает, что если молекула получает один квант колебательной энергии какого-либо нормального колебания, то частота поглощаемого излучения приблизительно равна механической частоте колебания. Эта частота тем больше, чем меньше массы колеблющихся частиц и чем больше сила, возвращающая ядро в положение равновесия, около которого они колеблются, причем выражение для частоты колебания связанных масс и т , совершающих простое гармоническое колебание около положения равновесия, будет [c.109]

Не следует забывать, что химия исследует вещество только в одном из аспектов. Изучая состав, химические свойства, способы получения твердых веществ, мы не можем обходиться без представления об их электронной конфигурации, кристаллической структуре, без знания закономерностей, которым подчиняются изменения физических свойств с изменением энергетического состояния вещества, словом без физической теории и без физических экспериментов. Химия, физика твердого тела и молекулярная биология — по определению физика-теоретика айскопфа — являются непосредственным следствием квантовой теории движения электронов в кулоновском поле атомного ядра. Все многообразие химических соединений, минералов, изобилие видов в мире организмов обусловливается возможностью расположения в достаточно стабильном положении сравнительно небольшого количества первичных структурных единиц — атомов — огромным количеством способов, диктуемых пространственной конфигурацией электронных волновых функций. Длина связи, т. е. межатомное расстояние,— это диаметр электронного облака, определяемый амплитудой колебания электрона в основном состоянии. Поскольку масса ядра во много раз больше массы электрона, соответствующая амплитуда колебания ядра во много раз (корень квадратный из отношения масс) меньше. Поэтому, как отмечает Вайскопф, ядра способны образовывать в молекулах и кристаллах довольно хорошо локализованный остов, устойчивость которого измеряется энергией порядка нескольких электронвольт, т. е. долями постоянной Ридберга. Местоположения ядер атомов, образующих остов кристалла, с большой точностью определяются методом рентгеноструктурного анализа. Таким образом, бутлеровская теория строения, структурные формулы в наше время получили ясное физическое обоснование. [c.4]

Энергия взаимодействия. Пусть две молекулы ud находятся на расстоянии R друг от друга. Примем, что молекулы пребывают в стационарных состояниях, т. е. их свойства не зависятот времени.Предположим далее, что положения атомных ядер в молекулах фиксированы. Молекулы не изменяют своей конфигурации и не вращаются. Атомные ядра в молекулах не колеблются. В этом приближении полная энергия изолированной молекулы зависит только от состояния ее электронов. Колебания ядер и другие их перемещения обычно не вносят существенных изменений в энергию молекул, поэтому в данном случае ими можно пренебречь. Такой способ приближенного описания молекул был предложен М. Борном и Д. Р. Оппенгеймом в 1927 г. и назван ими адиабатическим приближением. Адиабатическое приближение справедливо, когда движение электронов не испытывает резких изменений при малых перемещениях ядер. [c.11]

ЖЕСТКИЕ МОЛЕКУЛЫ, характеризуются тем, что для перехода из одной их равновесной конфигурации в другую требуется затрата значит, энергии (более 100 к Дж/моль). Операции симметрии стандартных точечных групп Ж, м, подобны таковым для геом. фигур и не включают все перестановки одинаковых ядер, поскольку в Ж. м. возможны лишь такие перестановки ядер, к-рые осуществляются жесткими вращениями и отражениями молекулы как целого без разрыва хим, связей. Атомные ядра Ж. м., в отличие от Ядер нежестких молекул, совершают относительно малые колебания. Примеры Ж. м,— СН4, СбНб, РРз, 8Рб. [c.202]

При моделировании кристаллов и жидкости принимают, что атомные ядра, которые перемещаются значительно медленнее электронов, постоянно находятся в квазиравновесном электронном окружении, не могут непрерывно двигаться поступательно и совершают малые колебания около определенных (узловых) положений, а иногда скачкообразно перемещаются в соседнее узловое положение или участвуют во вращательном движении группы ядер. При моделировании пара принимают, что электроны и ядра атомов в молекулах взаимодействуют значительно сильнее, чем молекулы друг с другом. Модели выбирают так, чтобы они соответствовали экспериментальным данным о свойствах кристаллов и паров кристаллизанта и примеси. Наиболее разработаны модели молекулярных и ионных кристаллов, которые находятся в равновесии с разреженным парол . Модели систем твердое тело — жидкость разработаны слабо. Поэтому при анализе сокристаллизации из жидких растворов ограничиваются расчетом парциональной энергии Гибба переноса иа собственных кристаллов в твердый раствор, а величину вычис- [c.217]

Колебания атомных ядер. При возбуждении атомные ядра могут быть выведены из состояния равновесия и начинают совершать колебания. Последние также подчиняются квантовым ограничениям, и энергия колебаний может принимать лишь дискретные значения, отвечающие зависимости (а) с разными целыми квантовыми числами от /я = О до т = оо. Эти колебательные уровни энергии пересекают потенциальную кривую, как это изображено на рис. 81. По мере увеличения квантового числа т они сближаются и сбегаются к общей границе, совпадающей с ассимптотой к потенциальной кривой. Если колеба- [c.480]

Однако идея де Бройля послужила только началом создания квантовой механики. Она рассматривала поведение микрообъекта, свободного от силового поля. В действительности же материальные частицы, например электроны, всегда находятся в поле действия определенных сил. С этой точки зрения электроны в атоме движутся в центрально-симметричном поле, для которого потенциальная энергия зависит только от расстояния до ядра. Законы движения в поле центральных сил образуют основу атомной механики решение общей задачи о движении электронов в атоме опирается на результаты, относящиеся к движению одной частицы в поле центральных сил. На основе гипотезы де Бройля австрийский ученый Шрёдингер (1925—1926) интуитивно использовал волновое уравнение классической механики в качестве модели для описания поведения электрона в атоме. Из учения о колебаниях и волнах известно, что распространение волны вдоль координатной оси х (рис. [c.37]

Поскольку частота света, поглощаемого при электронных переходах, составляет 10 —10 с , поглощение осуществляется за 10 —10 с (время, эквивалентное прохождению одной световой волны). За этот период ядра успевают сместиться лишь весьма незначительно, поскольку частота их колебаний много меньше указанной величины. Принцип Франка — Кондона гласит, что за время электронного перехода никаких существенных изменений в положениях атомных ядер молекулы не происходит. Рассмотрим рис. 13-5, на котором изображены два типа кривых потенциальной энергии молекул в возбужденном состоянии [5]. В первом случае геометрия молекулы в основном и возбужденном состояниях почти одинакова. Важно помнить, что при комнатной температуре большая часть молекул находится на самых няжних энергетических уровнях, по крайней иере для большин- [c.14]

АТОМНЫЕ ЧАСЫ. Ядро атома цезия и его валентный электрон обладают собственными магнитными моментами. Эти моменты могут быть ориентерованы двояко — параллельно или антипараллельно. Разница между энергиями обоих состояний постоянна, и, естественно, переход из одного состояния в другое сопровождается колебаниями со строго постоянными характеристиками (длина волны 3,26 см). Используя это свойство, ученые создали цезиевые атомные часы — едва ли не самые точные в мире. [c.100]

Из предыдущих глав уже иэвесино, что силы взаимодействия между атомами полностью определяют длину связи, энергию связи, частоту колебания и полярность связи, а также углы между связями и многие другие свойства всех веществ. Возникновение этих аил было объяснено одновременным притяжением одного или нескольких электронов более чем к одному ядру. Кроме того, нам удалось объяснить мнопие из экопериментально наблюдаемых фактов перекрыванием и взаимодействием атомных орбиталей. Однако, чтобы иметь возможность объяснить асе экспериментальные наблюдения в рам1ках представлений об атомных орбиталях, приходилось расширять эти представления за счет введения таких понятий, как гибридизация, резонанс и дел ока л и за ция э л ектр онов. [c.500]

Для всех непереходных металлов ионные радиусы по Гурари— Адриану на 0,6—0,8 А меньше атомных, так что в ходе элементарного акта расстояние между ядром разряжающегося иона и электродом увеличивается. В этом случае активация связана с предварительным возбуждением колебаний иона. Поскольку колебание иона в направлении от электрода связано с его диффузией в раствор, то потенциальная кривая в этом направлении не может подняться слишком круто и высоко, здесь речь может идти лишь о небольшом горбе порядка энергии активации диффузии. Поэтому большого вклада в энергию активации разряда этот процесс не внесет, и общая картина будет, вероятно, определяться реорганизацией растворителя. [c.159]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология