Эллиптическая поляризация света
При отражении плоско поляризованного света от поверхности твердого тела (жидкости) он приобретает т.н. эллиптическую поляризацию. Параметры эллипса поляризации отраженного света зависят от строения молекул на поверхности вещества. Это позволяет использовать данный эффект для изучения строения поверхностей, явлений адсорбции и т.д. (эллипсометрия).
Резонансные взаимодействия
Резонанс наблюдается при совпадении энергии световых квантов с разностями между энергиями соседних стационарных состояний атомов и молекул:
h = E
При резонансе наблюдается поглощение света веществом, так что в результате интенсивность падающего света при некоторых (резонансных) частотах снижается и образуетсяспектр поглощения. Исследование спектров поглощения —спектроскопия— является наиболее эффективным и результативным средством изучения строения атомов и молекул. Существует множество разновидностей спектроскопии, различаемых:
по природе объектов:
ядерная
электронная
атомная
молекулярная
по области электромагнитного спектра:
радиоспектроскопия
микроволновая,
инфракрасная (ИК-)
оптическая,
ультрафиолетовая (УФ-)
рентгеновская,
гамма-спектроскопия
по природе квантовых переходов
магнитно-резонансная (ЯМР- и ЭПР-)
вращательная
колебательная
электронная
фотоэлектронная
ядерная гамма-резонансная (ЯГР-)
Все разновидности спектроскопии имеют специфические возможности и применяются для решения различных аналитических и структурных задач.
При фиксированной частоте поглощение света пропорционально количеству молекул (вещества). Это дает возможность применения явления поглощения света для целей количественного анализа — определения содержания химических соединений в различных смесях (фотометрия).
Поглощение света часто сопровождается рядом дополнительных эффектов, среди которых можно выделить следующие.
Резонансная флуоресценция. Поглощенный квант света через определенное время (t~ 10–8c) испускается наружу. Частота света при этом сохраняется.
Комбинационное рассеяние. Так же, как и в предыдущем случае, поглощенный квант света через определенное время (t~ 10–8c) испускается наружу, однако его частота изменяется. Наряду с основной полосой флуоресцентного рассеяния, в излученном свете наблюдаются дополнительные частоты пики (сателлиты), частота которых немного отличается от исходной (** =*).
Причиной изменения частоты являются колебательные и вращательные переходы молекулы, сопровождающие переходы электронов.
Флуоресценция и фосфоресценция. Поглощенный свет испускается наружу, но с существенно меньшей частотой и с временной задержкой (~ 10–8cв случае флуоресценции и ~ 10–4cв случае фосфоресценции). Причиной снижения частоты является участие промежуточных электронных уровней.
Все эти эффекты, сопровождающие обычное резонансное поглощение света зависят от внутреннего строения молекул и поэтому могут быть использованы для исследования ее строения. Они лежат в основе различных видов эмиссионной спектроскопии:флуоресцентной,комбинационного рассеяния(КР-) и др.
Если энергия квантов падающего света превышает некоторый предел, могут также наблюдаться различные фотоэффекты.
Ионизация молекулы, сопровождающаяся вылетом одного или нескольких электронов. Измерение кинетической энергии вылетевших фотоэлектронов позволяет найти энергию их связи внутри молекулы (атома), и, следовательно, оценить установить энергии молекулярных (атомных) орбиталей. Этот эффект лежит в основе методарентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (РФЭС), которую иногда называют методомэлектронной спектроскопия для химического анализа(ЭСХА).
Гомолиз химических связей, в ходе которого молекула распадается на два свободных радикала или образует бирадикал.
H3C—H H3C• + •H
H2C=CH2 H2C•—•CH2
Этот эффект позволяет использовать облучение молекул светом (обычно УФ- или -излучение) для инициирования разнообразных химических реакций.