74. Поляризація молекул

Полярність молекули кількісно оцінюють величиною дипольного моменту μ, що є добутком абсолютного значення заряду електрона на відстань між центрами позитивного і негативного зарядів у молекулі μ = ql.

Поляризація молекул полягає у розподілі в просторі спільної електронноїхмари. Якщо має місце s-зв’язок двохатомної молекули з однаковими атомами,то електронна хмара розподіляється симетрично відносно ядер обох атомів.

Ефектом Зеємана називають розщеплення спектральних ліній і рівнів енергії в зовнішньому магнітному полі.

У 1913 р. Й. Штарк відкрив явище розщеплення спектральних ліній в електричному полі для бальмерівської серії гідрогену. Це явище розщеплення енергетичних рівнів і спектральних ліній під дією на речовину зовнішнього електричного поля називають ефектом Штарка. 

Є два основні методи магнітного резонансу: ЯМР – ядерний магнітний резонанс; ЕПР – електронний парамагнітний резонанс.

ЯМР - резонансне поглинання або випромінювання електромагнітної енергії речовиною, що містить ядра з ненульовим спіном у зовнішньому магнітному полі, на частоті ν (званою частотою ЯМР), зумовлене переорієнтацією магнітних моментів ядер. ЕПР — фізичне явище, яке полягає у вибірковому поглинанні електромагнітних хвиль парамагнітною речовиною, яку помістили у зовнішнє магнітне поле.

Методом ЕПР можна досліджувати лише частинки, які мають парамагнітний момент, тобто частинки, для яких сумарний електронний спін не дорівнює 0 – наприклад радикали. Метод ЯМР застосовують для дослідження речовин, що мають магнітні ядра (ядра з ненульовим спіном): ¹Н, ¹³С, ³¹Р і т.д.

Електромагнітне випромінювання будь-якої природи може характеризуватися спектром коливань, на які можна розкласти його за довжиною хвилі або частотою. Залежно від характеру поширення електромагнітних хвиль оптичні спектри поділяють на спектри випромінювання, поглинання, розсіювання і відбиття.Оптичні спектри спостерігають візуально за допомогою спектральних приладів і фіксують, як правило, фотографічним способом або за допомогою фотоелементів. Спектри можуть бути:а) суцільними,  що  охоплюють  широкий діапазон довжин хвиль; б) лінійчастими, що складаються з окремих спектральних ліній певної довжини хвилі X; в) смугастими — набір окремих смуг, що належать певному інтервалу довжин хвиль.

Спектроскопія - вивчає закономірності взаємодії електромагнітної радіації з речовиною, яка супроводжується процесом поглинання, випромінювання і розсіювання світла. Із спектроскопічних даних можна одержати інформацію, як про структуру і властивості молекул, так і про сили міжмолекулярної взаємодії, а відповідно про будову речовини в цілому.Спектральними термами атомів називаються енергетичні рівні електронної підсистеми атомів, переходи між якими визначають спектри випромінювання й поглинання.

Потенціал Морзе - функція потенційної енергії електростатичного поля, запропонована американським фізиком Філіпом Морзе як наближення для енергії двохатомної молекули.

75. Електричні та магнітні властивості атомів і малих молекул

Дипольний момент – це векторна величина, яка характеризує асиметрію розподілу позитивного та негативного зарядів в електрично нейтральній системі.

Природною одиницею вимірювання дипольного заряду в системі СІ є кулон-метр.

Дія електричного поля на нейтральну систему зарядів й електричне поле, створене електрично нейтральною системою, визначаються в першу чергу дипольним моментом.

Нейтральні системи зарядів з відмінним від нуля дипольним моментом називають диполями.

Квадрупольний момент визначає поведінку поля, створеного системою зарядів, на великій віддалі у випадку, коли система загалом нейтральна, а її дипольний момент дорівнює нулю. Така система зарядів називаєтьсяквадруполем.

Явище розщеплення енергетичних рівнів і спектральних ліній під дією на речовину зовнішнього електричного поля називають ефектом Штарка. 

Однією із простих систем точкових зарядів є електричний диполь – сукупність двох однакових за абсолютним значенням і протилежним за знаком точкових зарядів +q і –q, розміщеній на деякій відстані  . Величину   називають плечем диполя. Якщо відстань між зарядами не змінюється, то такий диполь називають жорстким. Якщо довжина плеча диполя   мала порівняно з відстанню   від диполя до точки спостереження, то такий диполя називають точковим. Потенціал взаємодії між нейтральними атомами на великих відстанях між ними завжди має характер притягання, спричинений вандервальсовими силами — взаємодією наведених дипольних моментів. Притягання відповідає негативному значенню енергії взаємодії. Чим далі атоми один від іншого — тим ближча енергія взаємодії до нуля.. 

Орієнтаційна поляризація. За відсутності зовнішнього поля в рідинах та газах з полярними молекулами вектор поляризації Р = 0. Зовнішнє поле намагається зорієнтувати полярні молекули вздовж силових ліній. Внаслідок спільної дії двох факторів (зовнішнього поля і хаотичного теплового руху) у діелектрику з'являється пере­важаюча орієнтація молекулярних диполів у напрямку поля.

 Деформаційна (електронна) поляризація обумовлена зміщенням електричних зарядів в атомах і молекулах під дією зовнішнього електричного поля, що призводить до по­яви дипольного моменту  у цих частинок.

Між молекулами може відбуватися як електростатична, так і донорно-акцепторна взаємодія. Сили електростатичної молекулярної взаємодії, виникнення яких не супроводиться передачею атомами електронів, називаються силами Ван-дер-Ваальса. Їх поділяють на орієнтаційну, індукційну і дисперсійну взаємодії.

Орієнтаційна взаємодія виявляється між полярними молекулами. При зближенні вони орієнтуються таким чином, що різнойменно заряджені кінці їх диполів притягаються і молекули орієнтуються по прямій. Індукційна взаємодія. Якщо зустрічаються полярні й неполярні молекули, то полярні молекули поляризують неполярні, внаслідок чого останні стають індуковано полярними. Дисперсійна взаємодія. Всередині неполярних молекул постійно відбувається перерозподіл електронної густини внаслідок руху електронів в атомах і коливання ядер. Це приводить до синхронної появи і зникнення миттєвих мікро диполів, за рахунок яких молекули притягуються одна до одної.

Надтонке розщеплення – це розщеплення спектральних ліній завдяки взаємодії електронної підсистеми атомів зі спіном ядра.

Ефект Пашена-Бака, полягає в тому, що в сильних магнітних полях складне зєємановських розщеплення спектральних ліній переходить в просте.