 |
 |
 |
 |
|
 |
 |
127
Приобретенная при поглощении молекулой энергия может высвободиться в виде излучения
света, цвет которого часто отличается от цвета поглощенного света. Если излучение происходит
быстро – в течение 10
-9
–10
-12
с, то оно называется флуоресценцией. Голубой свет, испускаемый
бунзеновской газовой горелкой, и северное сияние – это примеры флуоресценции. При медленном
процессе излучения света, длящимся от нескольких миллисекунд до нескольких секунд или
минут, происходит фосфоресценция (голубое свечение вечером приливов и отливов, свечение
циферблатов некоторых марок часов и т.п.).
Применение современной лазерной техники позволяет изучать возбужденное состояние
молекул. На определенной длине волны света генерируются строго определенные возбужденные
состояния, и при относительно небольшой длительности импульсов можно определить
длительность очень быстрых химических процессов, происходящих при флуоресценции.
Проанализировав спектр излучаемого света, можно определить скорость таких процессов и
распределение энергии в молекулах. Таким образом можно воспроизвести картину электронных
состояний молекул.
Лазерное излучение для изучения электронных состояний молекул применялось, например, при
облучении бензофенона. Раствор бензофенона при воздействии ультрафиолетового излучения с
длиной волны 316 нм испускает свет с двумя длинами волн – 410 и 450 нм, т.е. происходит
вторичное излучение с разными длинами волн. Если длительность импульса лазерного излучения
равна 10 пс, то на меньшей длине волны – 410 нм вторичное излучение носит характер
флуоресценции, а на большей длине волны, соответствующей 450 нм, наблюдается
фосфоресценция. Данные наблюдения дают представление о возбужденных состояниях
бензофенона и скорости перехода между ними, что весьма важно для понимания сущности
природного фотосинтеза – основополагающего процесса растительного мира, воспроизведение
которого – давняя мечта ученых-естествоиспытателей.
При смешивании двух газообразных соединений образование продуктов реакции определяется
статистической вероятностью, зависящей от энергетического состояния исходных соединений,
типов возбуждения и взаимной ориентации молекул при столкновении. Сталкиваются молекулы
не только реагирующих соединений, но и каждого из них. Современная вакуумная техника
открывает новые возможности для взаимодействия реагирующих соединений при столкновении
молекул. В глубоком вакууме, когда длина свободного пробега молекул велика, столкновение
молекул может происходить в сравнительно небольшом объеме, составляющем зону пересечения
двух молекулярных пучков реагирующих соединений. Молекулярные пучки образуются при
пропускании газообразного вещества через узкое сопло, формирующее поток молекул в
вакуумной камере со сверхвысоким вакуумом. При пересечении молекулярных пучков возрастает
вероятность участия каждой молекулы не более чем в одном столкновении, приводящем к
реакции. Это означает, что появляется реальная возможность для изучения тонких деталей
химического превращения при единичных столкновениях молекул, что представляется весьма
важным средством управления химическими процессами.
Определение характеристик атомных и молекулярных частиц (их структуры и состава) в
аналитической химии называют качественным анализом, а измерение их относительного
содержания – количественным анализом. Новые методы качественного и количественного анализа
основываются на важнейших достижениях различных отраслей естествознания и, в первую
очередь, физики. Методы аналитической химии широко применяются во многих отраслях химии,
в медицине, сельском хозяйстве, в геологии, экологии и т. п.
Многие методы количественного анализа можно реализовать только после разделения
исследуемой сложной смеси на составляющие ее компоненты. Один из универсальных методов
разделения –
хроматография. Сущность данного метода заключается в том, что различные
вещества в жидкой или газообразной фазе обладают разной прочностью связи с поверхностью, с
которой они находятся в контакте. С помощью жидкостной хроматографии можно разделить и
зафиксировать чрезвычайно малое количество вещества в смеси, составляющее lO
-12
г.
Хромотографический метод позволяет разделить газообразные смеси, содержащие тысячи
компонентов, а также разделить вещества, отличающиеся только изотопным составом.
Для анализа и идентификации структуры сложных молекул, объединяющих большое
количество атомов с различными взаимными связями, широко применяются основанные на
физических принципах экспериментальные методы ядерного магнитного резонанса, оптической
спектроскопии, масс-спектроскопии, рентгеноструктурного анализа, нейтронографии и т. п.