Шкала электромагнитных колебаний. Виды излучений

Согласно квантовой теории изменение энергии молекулы при ее поглощении (или испускании) определяется формулой:

h = Е′ – E″, (2.64)

где h – постоянная Планка;

 – частота в с^-1;

Е′, E″ – энергия молекулы соответственно в верхнем и в нижнем энергетическом состоянии.

За счет поглощенного молекулой кванта излучения h энергия молекулы возрастает: Е′ – E″ = + h. При испускании кванта излучения – энергия молекулы уменьшается: Е′ – E″ = – h. Частота испускания _исп < 0 (эмиссионный спектр), частота поглощения _погл > 0 (адсорбционный спектр). Монохроматическое излучение можно охарактеризовать энергией кванта h, частотой , длиной волны  или волновым числом :

h = hc/ = hc , (2.65)

где с – скорость распространения электромагнитного излучения в вакууме (скорость света); 1/ = .

На практике волновое число  нередко тоже называют частотой, хотя, строго говоря, это неверно. Волновое число показывает сколько длин волн укладывается в единице длины,  и  имеют разные размерности:  = [1/сек],  = [1/см]. Энергию выражают в джоулях (Дж); допускается использование электроновольта (эВ); 1эВ = 1,602·10^-19 Дж.

Для измерения длины волны в зависимости от области спектра используют единицы, являющиеся десятичными от основной единицы длины в СИ – метра: в ультрафиолетовой (УФ) и видимой областях – нанометр (1нм = 10^-9 м), в ближней и средней инфракрасной (ИК) областях – микрометр (1мкм = 10^-6), в дальней ИК и микроволновой областях – мм и см. в литературе можно встретить внесистемную единицу «ангстрем» (1 Å = 0,1 нм = 10^-10 м).

Частота и волновое число находятся в соотношении:

 = с. (2.66)

Весь спектр электромагнитного излучения охватывает широкий диапазон частот от длинных радиоволн до жесткого -излучения. Молекулярная спектроскопия пользуется лишь сравнительно небольшой его частью. Области этой части электромагнитного спектра и соответствующие им длины волн и волновые числа приведены в таблице 2.1.

В зависимости от того, в какой области изучается спектр, его называют ультрафиолетовым, видимым, инфракрасным или микроволновым. Спектры в первых трех областях называются оптическими. Их объединяют общие способы получения спектра (преломление света и дифракция) и экспериментальные методы. Для получения микроволновых спектров используют методы радиоспектроскопии.

Т а б л и ц а 2.1

Области электромагнитного спектра

Область спектра	Диапазон длин волн, , см	Волновое число , см-1
Радиоволны

Микроволновая	10 – 10-1	10-1 – 10
ИК дальняя	10-1 – 5·10-3	10 – 200
ИК средняя	5·10-3 – 2·10-4	200 – 5000
ИК ближняя	2·10-4 – 0,76·10-4	5000 – 13000

Т а б л и ц а 2.1(окончание)

Видимая	0,76·10-4 – 0,4·10-4	1,3·104 – 2,5·104
УФ-ближняя	0,4·10-4 – 0,2·10-4	2,5·104 – 5·104
УФ-дальняя	0,2·10-4 – 10-6	5·104 – 106

Рентгеновское и -излучение