Физические методы исследования. Часть 1. Бондарев Ю.М - 10 стр.

UptoLike

Составители: 

10
электрический дипольный момент .
В связи с различными возможностями методов, сложностью и дороговизной
оборудования, распространение и широта использования физических методов существенно
неодинаковы . Наиболее широко используются методы колебательной спектроскопии, масс-
спектрометрии, ультрафиолетовой спектроскопии и ядерного магнитного резонанса. К более
ограниченным по использованию в химических исследованиях относятся методы
микроволновой спектроскопии, ядерного гамма-резонанса , ядерного квадрупольного
резонанса , газовой электронографии, фотоэлектронной спектроскопии и др.
Рассмотрим подробнее некоторые физические методы исследования, важные для нужд
химии. В предлагаемом пособии (часть I), рассматриваются рентгеновская спектроскопия и
магнетохимия.
РЕНТГЕНОВСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Как уже отмечалось выше, наличие тех или иных физических методов , позволяющих
непосредственно получать данные об электронном строении соединений, имеет решающее
значение, так как эти данные могут служить экспериментальным критерием правильности и
адекватности применяемых теоретических приближений и упрощений. Желательно, чтобы
привлекаемые экспериментальные методы были прямо связаны с величинами , получаемыми
в результате теоретических расчетов. Одним из таких методов является рентгеновская
спектроскопия.
Рентгеновская методы исследования находят широкое применение в современной
науке и технике, являясь мощным современным физическим методом изучения состава ,
электронного и пространственного строения атомов и молекул твердых тел .
Рентгеновская спектроскопия и созданная в последнее десятилетие
рентгеноэлектронная спектроскопия позволяют получать ценную информацию об
электронном строении химических соединений: об эффективных зарядах атомов в молекуле,
энергиях занятых и свободных молекулярных орбиталей , о степени участия в химической
связи тех или иных орбиталей атомов, входящих в состав молекулы.
Рентгеновское излучение.
Излучение, которое открыл в ноябре 1895 года немецкий физик Вильгельм Конрад
Рентген в лаборатории Вюрцбурга, лежит в основе многих эффективных методов
исследования строения атомов , молекул , кристаллов . Открытие Рентгеном Х - лучей ,
названные впоследствии его именем , произвело подлинный переворот в физике и химии и
послужило толчком для множества крупных изобретений и открытий.
Рентгеновские лучи представляют собой электромагнитные колебания, длина волны
которых (10
7
-10
-14
м) соизмерима с межатомными расстояниями в твёрдых и жидких телах .
Малая длина волны рентгеновских лучей обуславливает своеобразные их свойств и , в
частности , замечательную способность проходить сквозь непрозрачные для световых лучей
объекты. Эти невидимые лучи способны вызывать флуоресценцию некоторых
кристаллических веществ (цинковая обманка, барий платиносинеродистый и др.),
воздействовать на фотопластинки (засвечивать их через непрозрачные для видимого света
экраны ) и ионизировать газы . Данные явления используют для обнаружения и диагностики
рентгеновских лучей , а также широко применяются в практике.
Следует подчеркнуть, что преломление рентгеновских лучей существенно
отличается от преломления света. Коэффициент преломления n рентгеновских лучей при
переходе воздух - твёрдое тело меньше единицы , причём разность 1-n ничтожно мала (для
металлов ~10
-5
; для перехода стекло - воздух ~10
-6
). Вследствие того, что величина n
чрезвычайно близка к единице, наблюдать преломление рентгеновских лучей очень трудно
( впервые оно обнаружено в 1919 году). Чаще всего используют для исследования этого
эффекта явление полного внутреннего отражения, происходящего при падении пучка
                                                  10
элек три ческ и й ди польны й момент.
      В связи с разли чны ми возможностями методов, сложностью и дорогови зной
оборудовани я, распространени е и ш и рота и спользовани я ф и зи ческ и х методов сущ ественно
неоди нак овы . Н аи более ш и рок ои спользую тся методы к олебательной спек троск опи и , масс-
спек трометри и , ультраф и олетовой спек троск опи и и ядерногомагни тногорезонанса. К более
ограни ченны м по и спользовани ю в х и ми ческ и х и сследовани ях относятся методы
ми к роволновой спек троск опи и , ядерного гамма-резонанса, ядерного к вадрупольного
резонанса, газовой э лек тронограф и и , ф отоэ лек тронной спек троск опи и и др.

       Рассмотри м подробнее нек оторы е ф и зи ческ и е методы и сследовани я, важны е для нужд
х и ми и . В предлагаемом пособи и (часть I), рассматри ваю тся рентгеновск ая спек троск опи я и
магнетох и ми я.

                     РЕ Н Т Г Е Н О В СК И Е М Е Т О Д Ы И ССЛ Е Д О В А Н И Я

      Как уже отмечалось вы ш е, нали чи е тех и ли и ны х ф и зи ческ и х методов, позволяю щ и х
непосредственнополучать данны е об элек тронном строени и соеди нени й , и меет реш аю щ ее
значени е, так к ак эти данны е могут служи ть эк спери ментальны м к ри тери ем прави льности и
адек ватности при меняемы х теорети ческ и х при бли жени й и упрощ ени й . Ж елательно, чтобы
при влек аемы е эк спери ментальны е методы бы ли прямосвязаны свели чи нами , получаемы ми
в результате теорети ческ и х расчетов. О дни м и з так и х методов является рентгеновск ая
спек троск опи я.
      Рентгеновск ая методы и сследовани я нах одят ш и рок ое при менени е в современной
наук е и тех ни к е, являясь мощ ны м современны м ф и зи ческ и м методом и зучени я состава,
элек тронногои пространственногостроени я атомови молек ул тверды х тел.
      Рентгеновск ая      спек троск опи я    и      созданная         в    последнее    десяти лети е
рентгеноэлек тронная спек троск опи я позволяю т получать ценную и нф ормаци ю об
элек тронном строени и х и ми ческ и х соеди нени й : об э ф ф ек ти вны х зарядах атомов вмолек уле,
энерги ях заняты х и свободны х молек улярны х орби талей , остепени участи я в х и ми ческ ой
связи тех и ли и ны х орби талей атомов, вх одящ и х всоставмолек улы .

       Рентгенов скоеизлу чение.
       И злучени е, к оторое отк ры л в ноябре 1895 года немецк и й ф и зи к В и льгельм Конрад
Рентген в лаборатори и В ю рцбурга, лежи т в основе многи х эф ф ек ти вны х методов
и сследовани я строени я атомов, молек ул, к ри сталлов. О тк ры ти е Рентгеном Х -лучей ,
названны е впоследстви и егои менем, прои звелоподли нны й переворот в ф и зи к е и х и ми и и
послужи лотолчк ом для множества к рупны х и зобретени й и отк ры ти й .
       Рентгеновск и е лучи представляю т собой элек тромагни тны е к олебани я, дли на волны
к оторы х (10 –7-10-14м) сои змери ма с межатомны ми расстояни ями в твёрды х и жи дк и х телах .
М алая дли на волны рентгеновск и х лучей обуславли вает своеобразны е и х свой ств и , в
частности , замечательную способность прох оди ть ск возь непрозрачны е для световы х лучей
объек ты . Эти неви ди мы е лучи способны вы зы вать ф луоресценци ю нек оторы х
к ри сталли ческ и х вещ еств (ци нк овая обманк а, бари й плати носи нероди сты й и др.),
воздей ствовать на ф отопласти нк и (засвечи вать и х через непрозрачны е для ви ди могосвета
эк раны ) и и они зи ровать газы . Д анны е явлени я и спользую т для обнаружени я и ди агности к и
рентгеновск и х лучей , а так же ш и рок опри меняю тся впрак ти к е.
           С ледует подчерк нуть, что преломлени е рентгеновск и х лучей сущ ественно
отли чается от преломлени я света. Коэ ф ф и ци ент преломлени я n рентгеновск и х лучей при
перех оде воздух - твёрдое теломеньш е еди ни цы , при чём разность 1-n ни чтожномала (для
металлов ~10-5; для перех ода стек ло - воздух ~10-6). В следстви е того, что вели чи на n
чрезвы чай нобли зк а к еди ни це, наблю дать преломлени е рентгеновск и х лучей очень трудно
(впервы е оно обнаружено в 1919 году). Чащ е всего и спользую т для и сследовани я э того
эф ф ек та явлени е полного внутреннего отражени я, прои сх одящ его при падени и пучк а