2014 dxdy logo

Научный форум dxdy

Математика, Физика, Computer Science, Machine Learning, LaTeX, Механика и Техника, Химия,
Биология и Медицина, Экономика и Финансовая Математика, Гуманитарные науки




Начать новую тему Ответить на тему
 
 вопрос по спектроскопии
Сообщение19.02.2006, 14:03 


19/02/06
3
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?

 Профиль  
                  
 
 Re: вопрос по спектроскопии
Сообщение19.02.2006, 20:52 
Экс-модератор
Аватара пользователя


30/11/05
1275
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.

 Профиль  
                  
 
 Re: вопрос по спектроскопии
Сообщение19.02.2006, 23:04 
Заслуженный участник


28/10/05
1368
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 :lol: (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...

 Профиль  
                  
 
 
Сообщение20.02.2006, 13:16 


19/02/06
3
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?

 Профиль  
                  
 
 Re: вопрос по спектроскопии
Сообщение20.02.2006, 13:25 
Экс-модератор
Аватара пользователя


23/12/05
12046
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?)

 Профиль  
                  
 
 
Сообщение20.02.2006, 13:33 
Экс-модератор
Аватара пользователя


23/12/05
12046
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.

 Профиль  
                  
 
 
Сообщение20.02.2006, 14:08 
Заслуженный участник


28/10/05
1368
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 :D. Сейчас не могу, отвечу позже.

 Профиль  
                  
 
 
Сообщение20.02.2006, 14:42 
Экс-модератор
Аватара пользователя


30/11/05
1275
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

 Профиль  
                  
 
 
Сообщение20.02.2006, 19:33 
Заслуженный участник


28/10/05
1368
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.

 Профиль  
                  
 
 
Сообщение21.02.2006, 23:05 


19/02/06
3
Всем спасибо за разьяснения. Думаю на этом мой вопрос можно считать закрытым.

 Профиль  
                  
Показать сообщения за:  Поле сортировки  
Начать новую тему Ответить на тему  [ Сообщений: 10 ] 

Модераторы: photon, whiterussian, profrotter, Jnrty, Aer, Парджеттер, Eule_A, Супермодераторы



Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей


Вы не можете начинать темы
Вы не можете отвечать на сообщения
Вы не можете редактировать свои сообщения
Вы не можете удалять свои сообщения
Вы не можете добавлять вложения

Найти:
Powered by phpBB © 2000, 2002, 2005, 2007 phpBB Group