Взаимодействие света с веществом Поглощение света

Взаимодействие света с веществом

Поглощение света ― ослабление интенсивности света при прохождении через вещество вследствие превращения световой энергии в другие виды энергии.

I 0 I 1 dx L - характеризует поглощательную способность данной среды и называется натуральным коэффициентом поглощения. Его величина зависит от длины волны = ( ).

Закон Бугера-Ламберта I I 0 I 1 L х

Пьер Бугер (1698 — 1758) Иоганн Генрих Ламберт (1728 — 1777)

Поглощение света растворами где С – молярная концентрация раствора [моль/м 3], 0 – натуральным молярный коэффициент поглощения. Закон Бугера-Ламберта-Бера

Коэффициент пропускания (Т) равен отношению интенсивности света, прошедшего через данный слой вещества (I 1) к интенсивности падающего света (I 0):

Оптическая плотность D, мера непрозрачности слоя вещества для световых лучей. Равна десятичному логарифму отношения потока излучения I 0, падающего на слой, к ослабленному в результате поглощения потоку I 1, прошедшему через этот слой:

T D 1 C C

Ограничения закона Бугера-Ламберта = ( ) = (L) = (I 0)

Зависимость от называется спектром поглощения вещества. Для изолированных атомов (например, в разреженных газах) он имеет вид набора узких линий, т. е. отличен от 0 лишь в определённых узких диапазонах длин волн (шириной в десятые — сотые доли). Эти диапазоны соответствуют частотам переходов электронов внутри атомов. Схематическое изображение нескольких пар линий поглощения света в парах натрия.

Молекулярные спектры поглощения занимают существенно более широкие области длин волн, т. н. полосы поглощения, шириной от единиц до тысяч Å. Наконец, поглощение жидкостями и твёрдыми телами обычно характеризуется очень широкими областями (тысячи и десятки тысяч ) с большими значениями и плавным ходом его изменения.

Спектр поглощения воды

Закон Бугера-Ламберта применим к средам сравнительно малой оптической толщины (L). При возрастании толщины слоя, поглощение света средой усиливается на всех частотах — линии и полосы поглощения расширяются. (Объяснение этому даёт квантовая теория поглощения, учитывающая, в частности, многократное рассеяние фотонов в оптически «толстой» среде с изменением их частоты и, в конечном счёте, поглощением их частицами среды. ) При достаточно больших толщинах среда поглощает всё проникающее в неё излучение как абсолютно чёрное тело.

В световых потоках чрезвычайно большой интенсивности поглощение света средой перестаёт подчиняться закону Бугера ( начинает зависеть от I 0). Этот эффект, в частности, может быть обусловлен тем, что очень большая доля поглощающих частиц, перейдя в возбуждённое состояние и оставаясь в нём сравнительно долго, меняет (или совсем теряет) способность поглощать свет, что, разумеется, заметно изменяет характер поглощение света средой.

Применение поглощения света • П. с. широчайшим образом используется в различных областях науки и техники. Так, на нём основаны многие особо высокочувствительные методы количественного и качественного химического анализа, в частности абсорбционный спектральный анализ, спектрофотометрия, колориметрия. • Вид спектра поглощения удаётся связать с химической структурой вещества, установить в молекулах наличие определённых связей (например, водородной связи) и т. д.