Текущая версия на 05:06, 9 июля 2012

Гипермаркет знаний>>Естествознание>>Естествознание 11 класс>> Фотовозбуждение оболочек атомов и ионов

                                               3.2.2.Фотовозбуждение оболочек атомов и ионов

Фотовозбуждение является квантовым процессом, в котором оболочка атома или иона поглощает  вполне определенную дискретную порцию  энергии поля. Разности  энергетических уровней атома или иона определяют линейчатый  спектр  поглощения,  характеризующий  данный  химический  элемент, его своеобразную «визитную карточку». Чтобы поглощение произошло, необходимо выполнение квантового условия

                                          hv =  W₂ - W₁.                                                                 (3.1)
 
где h -  постоянная Планка;  v  -  частота; W -  энергия  состояния  электрона  в атоме, ионе, молекуле.  

Последовательность процессов можно представить следующей схемой. Поглощая  квант энергии поля, электрон в атоме переходит (на сравнительно короткий, порядка 10^-8с, период времени) в возбужденное состояние.
 

 
При  этом  изменяется  форма  валентной  электронной  оболочки,  а  следовательно,  и химическая  активность  атома  или  иона.  Становятся  возможными варианты реакций, которые в обычных условиях не реализуются. В ряде случаев  это  приводит  к  нежелательным  эффектам,  например,  наблюдаются взрывы газовых смесей при вспышке ультрафиолетового света. Время жизни атома в возбужденном состоянии не превышает десятков наносекунд, после чего  система  возвращается  в  нормальное  состояние. По  закону  сохранения энергии излучаемый при обратном переходе квант света имеет такую же частоту и длину волны, что и ранее поглощенный квант поля.
 
Однако  атом  как  бы «забывает»  направление  импульса  поглощенного кванта  так,  что  все  направления  вылета  излучаемого  кванта  оказываются равновероятными. Поэтому только небольшая часть излучаемых квантов направлена по лучу света, падающему на вещество. Остальные рассеиваются по всем  направлениям,  что  создает  видимость  поглощения  энергии  света.  На самом  деле  происходит  его  квантовое  рассеяние  без  изменения  частоты  и длины волны.
 
Многие  сложные  по  составу  и  строению  молекулы  часто  имеют  несколько возможных форм расположения своих фрагментов. Говорят о цис- и транс-конформациях  органических  соединений.  Различие  в  расположении частей  молекулы   обусловливает различие  уровней  потенциальной  энергии   42цис- и транс- форм. Если энергия квантов излучения равна разности энергии двух конформаций, то наблюдается фотовозбуждение оболочки молекулы. В качестве примера рассмотрим  конформационные переходы в ретинале.


 
При поглощении света с длиной волны  = 380 нм молекула чистого ретиналя переходит из цис- формы в транс-форму. При этом происходит поворот «хвоста» молекулы вокруг оси связи 11 и 12 атомов углерода так, что излом исчезает, и молекула приобретает более симметричную форму.  

Этот эффект лежит в основе восприятия света человеком. В настоящее время известно, что фотоприемником  служит родопсин - белковое  соединение, в центре которого встроена молекула ретиналя. В новом окружении переход  в  транс-конформацию  происходит  при  поглощении  света  с  длиной волны 500 нм, это как раз соответствует максимуму спектра Солнца на уровне поверхности земли. Изменение формы стимулирует начало цепи химических  реакций  с  высоким  коэффициентом  усиления  сигнала,  и  в  конечном счете  в нервной  системе  человека формируется  электрический импульс, бегущий в мозг. Таким образом, в процессе эволюции Природа подобрала для человека  химическое  соединение,  оптимальное  для  дневного  зрения  в  солнечном свете. Рассмотренные примеры показывают, почему многие произведения живописи «боятся» солнечного света, а фармацевты рекомендуют хранить лекарства в темноте.

Концепции современного естествознания. Стародубцев В.А., 2-е изд., доп. — Томск.: Том. политех. ун-т, 2002. — 184 с.

Содержание урока
 конспект урока
 опорный каркас  
 презентация урока
 акселеративные методы 
 интерактивные технологии 

Практика
 задачи и упражнения 
 самопроверка
 практикумы, тренинги, кейсы, квесты
 домашние задания
 дискуссионные вопросы
 риторические вопросы от учеников

Иллюстрации
 аудио-, видеоклипы и мультимедиа 
 фотографии, картинки 
 графики, таблицы, схемы
 юмор, анекдоты, приколы, комиксы
 притчи, поговорки, кроссворды, цитаты

Дополнения
 рефераты
 статьи 
 фишки для любознательных 
 шпаргалки 
 учебники основные и дополнительные
 словарь терминов                          
 прочие 

Совершенствование учебников и уроков
 исправление ошибок в учебнике
 обновление фрагмента в учебнике 
 элементы новаторства на уроке 
 замена устаревших знаний новыми 

Только для учителей
 идеальные уроки 
 календарный план на год  
 методические рекомендации  
 программы
 обсуждения


Интегрированные уроки

Если у вас есть исправления или предложения к данному уроку, напишите нам.

Если вы хотите увидеть другие корректировки и пожелания к урокам, смотрите здесь - Образовательный форум.