1980 №1

Строй молекул в кристалле вещества можно рассматривать тоже как своеобразную дифракционную решетку: щели есть и между атомами в молекуле, и между молекулами. Только учитывая малость этих щелей, берут свет с длиной волны поменьше — рентгеновское излучение. Получившаяся дифракционная картина много расскажет и о строении кристалла и о структуре молекул. Если вещество не имеет четкого кристаллического строения, то и в этом случае дифракционная картина (она имеет вид концентрических темных и светлых кругов) доставляет немалую информацию о структуре молекул.

Налейте в два стакана воду и бросьте в первый несколько крупинок марганцовокислого калия, а во второй капните спиртовой раствор йода. Вы получили два окрашенных раствора. А задумывались ли вы над тем, почему вещества окрашены?

…Свет — это поток электромагнитных волн той или иной длины. Видимый свет — это смесь волн, длины которых лежат в интервале примерно от 0,4 до 0,7 микрометра, причем такая смесь воспринимается глазом как белый свет.

Здесь упрощенно показан спектр поглощения видимого света раствором йода в воде. В видимой части находится пик поглощения (примерно 0,4 мкм фиолетовых и синих лучей. Поэтому йодный раствор имеет желто-оранжевый цвет. Этот пик обусловлен переходом электрона с основного уровня Е₀

на первый уровень Е₁. Разность энергий ΔE = E₁ — Е₀

в точности равна энергии, которую несут с собой «ванты света, имеющего длину волны 0,4 мкм. Остальные пики лежат в ультрафиолетовой части спектра (им соответствует большая энергия переходов). Раствор йодистого натрия поглощается только в ультрафиолетовой области, а поэтому он бесцветен. Прописные буквы под горизонтальной осью графика показывают распределение цветов (фиолетового, синего, зеленого, желтого и красного) в видимой части спектра.

Можно рассматривать свет и как поток частичек света, световых квантов — фотонов. Тут такая закономерность: чем больше длина волны световых колебаний, тем меньше энергия, которую несут с собой кванты такого света. Например, энергия фотонов красного света меньше, чем у фотонов фиолетового.

Электрон, который связывает в молекуле два атома, находясь между ними, может обладать различной энергией, как говорят, может занимать разные энергетические уровни. Энергию, необходимую для того, чтобы запрыгнуть с одного на другой, более высокий уровень, электрон может получить, например, от квантов света, упавших на молекулу. Но тут существует такая характерная особенность. Уровней, так сказать, «полочек» энергии, на которых может находиться электрон, немного и все они отвечают строго определенной энергии. Электрон может находиться только на данных уровнях, и принимать промежуточную энергию он не в состоянии. (Представьте, что вы хотите поставить книгу в шкаф. Вы можете положить ее на любую полку, но никак не между полками.)

Что произойдет, если квант света упадет на молекулу? Если энергия кванта в точности равна разности энергий между какими-то двумя энергетическими уровнями, которые может занимать электрон, то он присвоит эту энергию и запрыгнет на более высокий уровень. А что это значит? Это значит, что свет данной энергии (то есть данного цвета) поглотится веществом. Потом электрон вернется в исходное положение, а выделившаяся энергия пойдет на нагревание вещества. А что будет, если энергия кванта света меньше или больше разности энергий электронных «полочек»? В этом случае квант пролетит мимо электрона.

Но ведь зная, какие световые волны поглощаются веществом, мы можем определить важные энергетические характеристики соединения, узнать, на какой высоте располагаются «полки» для электронов! Определить, при какой длине волны свет поглощается, проходя через вещество, нетрудно — у физиков есть для этого точные приборы.

Если, пропуская свет через раствор того или иного вещества, получить на специальном приборе зависимость поглощения света от длины его волны, то такой спектр может много рассказать и о внутреннем устройстве молекулы и о распределении в ней электронов по уровням.