Вопрос 13.
В 1851 Джордж Стокс получил выражение для силы трения (также называемой силой лобового сопротивления), действующей на сферические объекты с очень маленькими числами Рейнольдса (например, очень маленькие частицы) в непрерывной вязкой жидкости, решая уравнение Навье — Стокса:
где
— сила трения, так же называемая силой Стокса,
— радиус сферического объекта,
— вязкость жидкости,
— скорость частицы.
Первый закон люминесценции был установлен Стоксом в 1852 г. Согласно закону Стокса, длина волны излучения люминесценции всегда больше длины волны света, возбуждающего люминесценцию.
На рисунке показано, что при освещении люминофора в его спектре присутствуют длины волн и большие, и меньшие тех, которые использовались для его возбуждения. Первая из этих закономерностей является правилом Стокса. А область длин волн, меньших, чем длина волны возбуждающего излучения, называется антистоксовой.
Энергия падающего кванта частично превращается внутри облучаемого тела в другие виды энергии, поэтому энергия кванта люминесценции должна быть меньше.
При столкновении падающего кванта с возбужденным атомом энергия кванта может сложиться с энергией возбуждения. В этом случае возникает квант люминесцентного излучения с энергией, большей энергии света, возбуждающего люминесценцию. Так возникает антистоксова люминесценция.
ТУШЕНИЕ ЛЮМИНЕСЦЕНЦИИ - возникновение безызлучательных потерь энергии, поглощённой в люминесцирующем веществе.
Вопрос 14.
Фотохи́мия — часть химии высоких энергий, раздел физической химии — изучает химические превращения (химия возбужденных состояний молекул, фотохимические реакции), протекающие под действием света в диапазоне от дальнего ультрафиолета до инфракрасного излучения.
Законы фотохимии
Фотохимические изменения происходят только под действием света, поглощаемого системой (закон Гротгуса — Дрепера, 1818—1843 гг.).
Каждый поглощенный фотон в первичном акте способен активировать только одну молекулу (закон фотохимической эквивалентности Эйнштейна, 1912 г.).
Следующие два закона относятся в основном к фотохимии органических соединений и были сформулированы американским физиком украинского происхождения М. Кашей.
При поглощении каждого фотона молекулой имеется определенная вероятность заселения или самого нижнего синглетного (с мультиплетностью 1) состояния, либо самого нижнего триплетного (с мультиплетностью 3) состояния.
В большинстве органических фотохимических процессов, протекающих в растворах, участвует либо первое возбужденное синглетное, либо первое возбужденное триплетное состояния.
Вопрос 15.
Миграция энергии, перенос энергии, самопроизвольный переход энергии с одной частицы - донора (атома или молекулы) на другую - акцептор. М. э. не связана ни с испусканием фотона донором и его поглощением акцептором, ни с обменом электронами или атомами между взаимодействующими частицами. М. э. - результат электромагнитного взаимодействия частиц (индуктивно-резонансный механизм) либо частичного перекрывания их электронных оболочек (обменно-резонансный механизм). Мигрировать могут разные формы энергии, однако чаще всего М. э. наблюдается после перехода молекулы (атома) в электронно-возбуждённое состояние при поглощении ею кванта света. За время, пока не произошёл обратный процесс излучения света и молекула находится в возбуждённом состоянии, она может передать полученную ею энергию др. молекуле, находящейся достаточно близко, т. е. на расстоянии, меньшем длины волны соответствующего излучения (< 80 ). В конденсированной среде (растворах или кристаллах) такая передача происходит многократно, и энергия может сместиться от места поглощения кванта света на сравнительно большие расстояния (несколько мкм). М. э. происходит в газах, жидкостях и твёрдых телах. С. И. Вавилов показал, что М. э. объясняет такие явления, как концентрационная деполяризация и концентрационное тушение люминесценции красителей в растворах.
М. э. играет большую роль в биологических системах, участвуя во многих процессах жизнедеятельности. Особенно важное значение М. э. электронного возбуждения имеет в фотобиологии. Так, в процессе фотосинтеза квант света переводит молекулу хлорофилла или др. пигмента в электронно-возбуждённое состояние. Затем энергия мигрирует от одной молекулы пигмента к другой до тех пор, пока не окажется на особой молекуле, служащей реакционным центром, преобразующим энергию электронного возбуждения в химическую энергию (т. е. энергию, заключённую в химических связях). Помимо межмолекулярной М. э., возможен и внутримолекулярный перенос энергии. Так, М. э. между отдельными азотистыми основаниями происходит, по-видимому, в молекуле ДНК (или РНК) после поглощения ею кванта ультрафиолетового излучения, что, возможно, играет роль в повреждающем действии коротковолновой радиации на клетки и вирусы. Второй пример внутримолекулярной М. э. - перенос энергии кванта света в молекуле никотинамидадениндинуклеотида (НАД) от адениновой группировки к никотинамидной.