вопрос по спектроскопии

[germax]

Подскажите пожалуйста неразумному биологу, как поглощаемые кванты света влияют на поступательное (Броуновское) движение молекул?
А то нам объясняли, что поглощаемые кванты вызывают 3 типа переходов: электронные, колебательные, вращательные (случаи вроде расщепления Зеемана я на рассматриваю). Но ведь эти переходы не влияют на поступательное движение, или я ошибаюсь? Ведь, существует в отличие от люминесценции еще и тепловое испускание, когда кинетическая энергия молекул переходит в энергию излучения.
P.S. и можно хотя бы несколько формул или ссылочку на литературу?

[Аурелиано Буэндиа]

germax писал(а):

Подскажите пожалуйста неразумному биологу, как поглощаемые кванты света влияют на поступательное (Броуновское) движение молекул?
А то нам объясняли, что поглощаемые кванты вызывают 3 типа переходов: электронные, колебательные, вращательные (случаи вроде расщепления Зеемана я на рассматриваю).

На самом деле это несколько ограниченное представление. Есть еще куча процессов, которые вы не упомянули - диссоциация, ионизация... Вначале нужно определиться с типом молекул и диапазоном энергий.

germax писал(а):

Подскажите пожалуйста неразумному биологу, как поглощаемые кванты света влияют на поступательное (Броуновское) движение молекул?

Но мне кажется, что в первом приближении можно не мудрить и ответить, что поглощаемые кванты приводят к увеличению внутренней энергии и температуры среды. Отсюда понятно как это будет влиять на броуновское движение.

[LynxGAV]

germax писал(а):

Подскажите пожалуйста неразумному биологу, как поглощаемые кванты света влияют на поступательное (Броуновское) движение молекул?
А то нам объясняли, что поглощаемые кванты вызывают 3 типа переходов: электронные, колебательные, вращательные (случаи вроде расщепления Зеемана я на рассматриваю). Но ведь эти переходы не влияют на поступательное движение, или я ошибаюсь? Ведь, существует в отличие от люминесценции еще и тепловое испускание, когда кинетическая энергия молекул переходит в энергию излучения.
P.S. и можно хотя бы несколько формул или ссылочку на литературу?

Пришлось свериться, что с 5 класса средней школы не забыла, что сиё (Броуновское движение) значит (простите). Ничего не изменилось -- это случайное движение микроскопических частиц в жидкости или газе. Итак, по порядку. Кванты "влияют" в первую очередь на молекулы среды, после чего те воздействуют на взвешенные частицы. Если вы говорите, что не учитываете люминесценцию, то, по-моему, вы просто не учитываете регистрируемые электроны, т.е. явление фотоэффекта -- явление поглощения фотона связанным электроном, за открытие которого в 1921г. дали Нобелевскую премию и сечение которого $\sigma_{fe} \sim z^5$, где $z$ -- заряд ядра (если я не ошибаюсь, а я не ошибаюсь), кроме того, если уже имеются электроны, то при падении этих самых квантов (каких именно, кстати?) может происходить комптоновское рассеяние, за которое дали Нобелевскую премию в 1924 г. и сечение которого $\sigma_{cs}\sim z^4$, и образование электронно-позитронных пар фотонами в поле ядер (вот так я и вспомнила, А.Б., пока сама не задумалась, где встречается..), за которое Андерсон тоже получил Нобелевскую премию, но уже в 1936 г. Пока что это оставим. Вы похоже забыли и о процессе диссоциации, то есть ваша молекула -- стабильное образование двух или большего числа атомов. Мне кажется, при глубоком анализе тут будет еще все зависеть и от типа связи: ковалентная (гомеополярная) связь, ионная (гетерополярная) связь и т.д., но самое главное -- это типы возбужденных состояний молекул, которые отпределяют энергию молекулы $E_{mol}^{tot}$: электронные возбужденные состояния $E_{mol}^{el}$ (например, одна или несколько пар электронов становятся общими для составляющих атомов и др., т.е. система с двумя, как минимум, силовыми центрами), колебательное возбуждение $E_{mol}^{vib}$ (колебания атомов относительно положения равновесия, которые могут быть описаны с помощью колебаний гармонических осцилляторов; тут сразу оговорюсь, что, имхо, несмотря на то, что при увеличении колебательного квантового числа $v$ колебательная энергия увеличивается и, следовательно, общая колебательная энергия тоже, что, несомненно, влияет на броуновское движение, падающие кванты к этому процессу прямого отношения не имеют, скорее "Больцман", -- не знаю, что там говорил преподаватель..) и вращательное возбуждение молекулы $E_{mol}^{rot}$ (определяется моментом импульса, зависящем от вращательного квантового числа $l_r$, и моментом инерции). Далее вы говорите о тепловом испускании, т.е., по-моему, -- о полосатом спектре излучения (поглощения) молекулы. Чтобы молекула перешла из какого-то состояния, назовем его основным, $E_{mol}^{el}'$ в какое-то возбужденное $E_{mol}^{el}''$ должны выполняться правила отбора $\triangle v=+/- 1$, $\triangle l_r =+/- 1$. Вот так сильно завязаны все типы возбуждений. Т.о., как сказал А.Б., который несомненно больше меня понимает в молекулах ДНК, увеличивается общая внутренняя энергия молекул, влекущая активизацию броуновского движения.

Где об этом можно почитать, догадываюсь. На том уровне, какой вам надо, -- в книгах по физической химии, как ни странно. Тут я рассуждала на уровне "атомной физики" (игра слов, нужна бы атомная физика с молекулярным уклоном), а в спектроскории нИ шарю..

И вообще, броуновское движение -- есть марковский процесс...

[germax]

Спасибо, но как увеличавающаяся колебательная (вращательная) энергия будет влиять на температуру того же газа, т.е. на кинетическую энергию движения его атомов? В случае классической механики я бы понял так, что колеблющиеся системы сталкиваясь друг с другом увеличивают свое поступательное движение за счет колебательного. Но ведь атомы не сталкиваются как абсолютно упругие шарики. Или это не принципиально и изменится только вид уравнений но не их смысл?
Говоря о тепловом испускании, меня интересовал такой вопрос:
нагрели мы скажем стакан воды (любым способом) то движиние частиц ускорится, а за счет каких энергетических переходов это осуществиться?

[photon]

Аурелиано Буэндиа писал(а):

На самом деле это несколько ограниченное представление. Есть еще куча процессов, которые вы не упомянули - диссоциация, ионизация... Вначале нужно определиться с типом молекул и диапазоном энергий.

Вот это верно - надо определиться, потому что весьма возможно, что в данном случае важно всего лишь увеличение температуры. Тогда может случиться, что неважно, как именно происходило поглощение. Скажем, в газе при низких энергиях квантов могут действительно преобладающими быть процессы возбуждения молекул путем переходов между колебательно-вращательными уровнями. И, например, если посветить на такой газ в узком спектральном диапазоне, соответствующем определенному (-нным) переходу, можно получить неравновесные состояния системы. Но... система-то стремится к равновесию - будем наблюдать релаксацию (скорость данного процесса может лежать в довольно широких пределах), при этом возможны как излучательные переходы, так и, например, релаксация при столкновении с другими молеклами или со стенками. Такое столкновительное взаимодействие в частности может привести к переходу энергии из колебательно-вращательной в энергию поступательного (читай Броуновского) движения. В общем случае, даже знания о типе молекул и диапазоне энергий (как молекул, так и падающих квантов) явно недостаточно: нужно знать еще агрегатное состояние, концентрацию, наличие примесей, каким образом ограничена среда (а вдруг там например есть оптический резонатор и мы вообще на лазер смотрим, а?)

[photon]

germax писал(а):

нагрели мы скажем стакан воды (любым способом) то движиние частиц ускорится, а за счет каких энергетических переходов это осуществиться?

Давайте нагреем не как-нибудь, а в микроволновой печи, тогда, действительно, поступление энергии идет через увеличение колебательной энергии. Но если вы не рассматриваете физику на уровне отдельных молекул, и Вам важно увеличение энергии вцелом, то, пожалуй, не важно как они взаимодействовали: как шарики или как-то еще, важно, что довольно быстро в результате взаимодействия молекул между собой и со стенками сосуда произойдет перераспределение энергии в том числе и в поступательную.

[LynxGAV]

germax писал(а):

Спасибо, но как увеличавающаяся колебательная (вращательная) энергия будет влиять на температуру того же газа, т.е. на кинетическую энергию движения его атомов? В случае классической механики я бы понял так, что колеблющиеся системы сталкиваясь друг с другом увеличивают свое поступательное движение за счет колебательного. Но ведь атомы не сталкиваются как абсолютно упругие шарики. Или это не принципиально и изменится только вид уравнений но не их смысл?
Говоря о тепловом испускании, меня интересовал такой вопрос:
нагрели мы скажем стакан воды (любым способом) то движиние частиц ускорится, а за счет каких энергетических переходов это осуществиться?

Сделали тут сборную СССР . Сейчас не могу, отвечу позже.

[Аурелиано Буэндиа]

germax писал(а):

Говоря о тепловом испускании, меня интересовал такой вопрос:
нагрели мы скажем стакан воды (любым способом) то движиние частиц ускорится, а за счет каких энергетических переходов это осуществиться?

В нулевом приближении это не сложно: пусть сталкиваются 2-е молекулы A(v_1), B(v_2) , v_1,v_2 - колебательные кв. числа. Вот реакция
A(v_1)+B(v_2)=A(v_1')+B(v_2'),

закон сохранения энергии
$\omega_A(v_1+1/2)+\omega_B(v_2+1/2)=\omega_A(v_1'+1/2)+\omega_B(v_2'+1/2)+E $
E- часть энергии которая перешла в тепловую
$\hbar=1$

Добавил частоты

[LynxGAV]

Аурелиано Буэндиа писал(а):

germax писал(а):

Говоря о тепловом испускании, меня интересовал такой вопрос:
нагрели мы скажем стакан воды (любым способом) то движиние частиц ускорится, а за счет каких энергетических переходов это осуществиться?

Ну это васче элементарно: пусть сталкиваются 2-е молекулы A(v_1), B(v_2) , v_1,v_2 - колебательные кв. числа. Вот реакция
A(v_1)+B(v_2)=A(v_1')+B(v_2'),

закон сохранения энергии
(v_1+1/2)+(v_2+1/2)=v_1'+1/2+v_2'+1/2+E

E- часть энергии которая перешла в тепловую

Куда подевалась частота? Негоже.

[germax]

Всем спасибо за разьяснения. Думаю на этом мой вопрос можно считать закрытым.