optick vlastnosti l tek
Download
Skip this Video
Download Presentation
Optické vlastnosti látek

Loading in 2 Seconds...

play fullscreen
1 / 83

Optické vlastnosti látek - PowerPoint PPT Presentation


  • 75 Views
  • Uploaded on

Optické vlastnosti látek. Elektromagnetické vlnění.

loader
I am the owner, or an agent authorized to act on behalf of the owner, of the copyrighted work described.
capcha
Download Presentation

PowerPoint Slideshow about ' Optické vlastnosti látek' - abbott


An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript
elektromagnetick vln n
Elektromagnetické vlnění
  • Každá elektromagnetická vlna má dvě složky: elektrickou složku, kterou představuje vektor intenzity elektrického pole E, a magnetickou složku, kterou tvoří vektor magnetické indukce B. Obě složky jsou na sebe navzájem kolmé a ještě navíc jsou obě kolmé na směr šíření vlnění.
viditeln sv tlo
Viditelné světlo
  • o vlnových délkách 400 - 800 nm je světlo, na které je citlivé lidské oko.
  • tato část elektromagnetického spektra se také označuje jako světelné spektrum. Jednotlivé barvy, vyskytující se ve světelném spektru se nazývají spektrálními barvami a odpovídají jim určité intervaly vlnových délek elektromagnetického záření
de broglieho vztah
De Broglieho vztah
  • vychází z kvantové teorie světla - hybnost fotonu elektromagnetického záření o frekvenci f (vlnové délce λ) je

h je Planckova konstanta

  • předpokládá, že tento vztah platí obecně, nejen pro elektromagnetické záření, tedy že každému volnému hmotnému objektu s hybností p lze přiřadit rovinnou monochromatickou vlnu o vlnové délce λ
  • hybnost hmotného objektu o hmotnosti m, který se pohybuje rychlostí v, je p = mv a tudíž jeho de Broglieho vlnová délka se rovná
reflexe odraz sv tla
Reflexe = odraz světla

Zákon odrazu:

úhel dopadu () paprsku na fázové rozhraní se

rovná jeho úhlu odrazu (´)

 = ´

refrakce lom sv tla
Refrakce = lom světla

lom světla vzniká na rozhraní dvou optických

prostředí

lom ke kolmici - nastává na rozhraní prostředí,

přechází-li paprsek světla z opticky řidšího do

opticky hustšího prostředí; úhel lomu β je menší

než úhel dopadu 

lom od kolmice
Lom od kolmice

lom od kolmice - nastává na rozhraní

prostředí, přechází-li paprsek světla z

opticky hustšího do opticky řidšího prostředí;

úhel lomu β je větší než úhel dopadu 

z kon lomu snelli v z kon
Zákon lomu – Snelliův zákon

podíl sinu úhlu dopadu a sinu úhlu lomu je pro

rozhraní dvou optických prostředí stálý a rovná

se podílu rychlostí světla v těchto prostředích

absolutn index lomu
Absolutní index lomu

Je vztažen k přechodu světla z vakua do

uvažované látky

relativn index lomu
Relativní index lomu

relativní index lomu nr - vyjadřuje jej hodnota

podílu v1 a v2

relativní index lomu nr dvou prostředí je roven

podílu absolutního indexu lomu n2 druhého

prostředí a absolutního indexu lomu n1 prvního

prostředí

mol rn refrakce r
Molární refrakce R
  • experimentálně snadno dostupná veličina
  • charakteristická konstanta pro danou látku
  • nezávisí na teplotě, tlaku a prakticky ani na skupenském stavu látky
  • lze ji zjistit ze známé struktury látky a z tabelovaných hodnot iontových, vazebných nebo skupinových refrakcí
  • umožňuje ověřit navrženou strukturu molekuly neznámé látky porovnáním měřené a vypočtené hodnoty R
mol rn refrakce r1
Molární refrakce R

M … molární hmotnost látky

 … hustota látky

rozptyl sv tla
Rozptyl světla

Šíří-li se světlo hmotným prostředím, je

částečně rozptylováno do všech směrů v

Prostoru

Podstata rozptylu:

  • polarizace molekul
  • optická nehomogenita prostředí – hustotní fluktuace
rozptyl sv tla1
Rozptyl světla

tok světla rozptýleného látkou

V objem látky

r vzdálenost detektoru

světelný tok primárního paprsku

úhel mezi primárním a rozptýleným paprskem

vlnová délka rozptylovaného světla

k konstanta, je funkcí teploty

rozptyl sv tla2
Rozptyl světla
  • Tok rozptýleného světla roste s klesající

vlnovou délkou záření

  • Je-li rozptylováno polychromatické světlo,pak v rozptýleném toku převládají krátkovlnnější složky (fialová a modrá)
  • V prošlém světle převládá červená a žlutá
optick kazy v p rod
Optické úkazy v přírodě
  • http://kaleidoskop.upol.cz/old/kal2008/opticke_ukazy.pdf
optick aktivita
Optická aktivita

Opticky aktivní látky stáčí polarizační rovinu

lineárně polarizovaného světla

pravotočivé (+)

levotočivé (-)

Optická otáčivost = úhel, o který opticky

aktivní látka stočí polarizační rovinu lineárně

polarizovaného světla

 …. závisí na optické dráze (l) a na koncentraci

roztoku

specifick m rn optick ot ivost
Specifická(měrná) optická otáčivost

Pro čisté látky

Pro roztoky

 .… hustota čisté látky

cm …. hmotnostní koncentrace roztoku

mol rn optick ot ivost
Molární optická otáčivost
  • souvisí se strukturou opticky aktivních molekul
  • lze ji využít k ověřování navržených struktur látek
struktura opticky aktivn ch l tek
Struktura opticky aktivních látek

Přechodná optická aktivita

typická pro krystalické látky

v roztocích nebo taveninách zaniká

spektroskopick vlastnosti l tek
Spektroskopické vlastnosti látek

Spektrem se rozumí závislost toku záření  na vlnové délce , případně na frekvenci .

emisn a absorp n spektrum
Emisní a absorpční spektrum
  • Elektromagnetické záření je buď látkou emitováno (látka sama je zdrojem záření), nebo je záření emitováno známým zdrojem a sledovanou látkou prochází a je částečně absorbováno (pohlcováno).
  • V prvním případě, kdy je záření látkou emitováno, mluvíme o emisních spektrech.
  • Pokud se sleduje spektrum po průchodu látkou a absorpci, mluvíme o absorpčním spektru.
  • V obou případech spektrum poskytuje informace o struktuře látky.
mechanismus vzniku spekter
Mechanismus vzniku spekter

Základem je kvantová teorie.

Energetické stavy atomů jsou kvantovány

Výměna zářivé energie s okolím uskutečňována

po kvantech

emisn spektrum
Emisní spektrum

Se získá spektroskopickým rozborem

elektromagnetického záření emitovaného

danou látkou

Je zaznamenáváno obvykle ve formě

závislosti toku elektromagnetického záření

na jeho vlnové délce, frekvenci nebo vlnočtu

slide30
Při odvození emisního spektra atomu vodíku vycházíme ze znalosti jeho energetického spektra a skutečnosti, že k emisi elektromagnetického záření může dojít pouze při přechodu z vyšší energetické hladiny na nižší (emise fotonu, deexcitace atomu). Energie fotonu , tj. kvantum elektromagnetického záření, je podle zákona zachování energie rovna změně energie atomu, tedy při přechodu z j-té hladiny na i-tou .
p klady emisn ch spekter prvk
Příklady emisních spekter prvků
  • emisní spektrum vodíku
  • emisní spektrum uhlíku
p klady emisn ch spekter prvk1
Příklady emisních spekter prvků
  • emisní spektrum síry
  • emisní spektrum sodíku
absorp n spektrum
Absorpční spektrum

se získá spektroskopickým rozborem

polychromatického záření, které cestou od

svého zdroje ke spektroskopu prošlo

měřenou látkou a ta určité složky pohltila. V

absorpčním spektru pak tyto složky chybí.

Měření se provádí obvykle dvoupaprskovou

metodou (porovnává se tok původního záření a

tok záření prošlého látkou)

lambert v beer v z kon
Lambertův- Beerův zákon

primární světelný tok

světelný tok na výstupu z kyvety

molární absorpční koeficient

c koncentrace roztoku

T transmitance

A absorbance

l délka kyvety

elektronov spektra atom
Elektronová spektra atomů
  • skládají se z mnoho spektrálních linií odpovídajících přechodům mezi různými energetickými stavy atomu
  • jsou rozloženy v UV a viditelné oblasti, emisní spektra i v IČ oblasti
  • spektrální linie se dělí do sérií
rentgenov spektra prvk
Rentgenová spektra prvků
  • Rentgenové záření je elektromagnetické záření o vysoké energii a krátké vlnové délce
  • Má ionizační účinky = jeho energie stačí na uvolnění elektronu z atomu
vznik rtg z en
Vznik rtg záření
  • Dvě základní interakce:
  • Po dopadu na anodu pronikají elektrony několika vrstvami atomu anody, dokud neztratí svoji kinetickou energii
        • interakce s polem jádra atomu – vedou k vzniku tzv. brzdného záření
        • interakce s obalovými elektrony – vedou k vzniku tzv. charakteristického záření
vznik rov ho rentgenov ho spektra
Vznik čárového rentgenového spektra
  • Elektrony katodového záření vyrazí z atomu elektron z nevalenčních orbitalů
  • Do uvolněného orbitalu může přeskočit elektron z některého vyššího orbitalu
  • Na místo uvolněné tímto elektronem může přeskočit jiný elektron z orbitalu s ještě vyšší energií
  • Každý přechod elektronu do orbitalu s menší energií je spojen s vyzářením fotonu
vznik diskr tn ho spektra charakteristick ho rentgenov ho z en
Vznik diskrétního spektra charakteristického rentgenového záření.

Čárové spektrum

molekulov spektra
Molekulová spektra

Pohyb v rámci molekul není omezen jen

na pohyb elektronů v molekulových

orbitalech, ale dochází i k pohybu jader.

Typy pohybů jader:

molekulové rotace

molekulové vibrace

přechody valenčních elektronů

molekulov spektra1
MOLEKULOVÁ SPEKTRA

Celková energie molekuly (nacházející se v určitém stavu)

E – celková energie molekuly

Ee – energie elektronů (kvantována)

Ev – energie vibrační (kvantována)

ER – energie rotační (kvantována)

molekulov rotace
Molekulové rotace
  • S rotací molekul jsou spojovány tzv. rotační energetické hladiny. Spektrum vznikající při přechodech mezi rotačními energetickými hladinami se označuje jako rotační.
  • Příčinou těchto energetických hladin je rotace molekuly jako celku. Rotace je také kvantována.
  • Přechody mezi jednotlivými rotačními stavy jsou provázeny pohlcením nebo vyzářením fotonu, podobně jako při přechodu elektronu mezi jednotlivými energetickými hladinami v elektronovém obalu atomu. Vlnové délky se obvykle pohybují v mikrovlnné oblasti.
rota n spektra
ROTAČNÍ SPEKTRA
  • Obsahují čáry odpovídající pouze přechodům mezi sousedními rotačními
  • stavy
  • k excitaci dochází v mikrovlnné oblasti (nízké energie a vysoké vlnové délky
  • záření)
  • nejjednodušší z molekulových spekter

Linie jsou od sebe vzdáleny o konstantní rozdíl

rotační sp.

rota n spektra1
ROTAČNÍ SPEKTRA

ER

10B

8B

6B

4B

2B

vyu it rota n ch spekter
Využití rotačních spekter
  • Spektrální experiment v mikrovlnné oblasti elektromagnetického záření umožňuje z energií přechodů vyhodnotit geometrii molekul.
molekulov vibrace
Molekulové vibrace
  • Kmitání jednotlivých atomů molekuly je svázáno s tzv. vibračními energetickými hladinami. Při přechodech mezi vibračními stavy vzniká vibrační spektrum.
  • Příčinou těchto energetických hladin jsou vibrace atomů uvnitř molekuly.
  • Přechody mezi jednotlivými vibračními stavy jsou provázeny pohlcením nebo vyzářením fotonu. Vlnové délky se obvykle pohybují v infračervené oblasti spektra.
  • Dovolené přechody Δν = 1:
legenda k obr zku
Legenda k obrázku
  • Valenční vibrace (ν): streching – symetrická a asymetrická
  • Deformační rovinné (δ): rocking – kyvadlová; scissoring – nůžková
  • Deformační mimorovinné (γ): wagging – vějířová; twisting – kroutivá
vibra n spektra
VIBRAČNÍ SPEKTRA
  • - Zdánlivě jednodušší, ve skutečnosti složitější (existuje značné množství vibrací)
  • jednodušší? – opět možné jen přechody mezi sousedními stavy
  • složitější? – při změnách vibračních stavů dochází také ke změnám stavů rotačních

VIBRAČNÍ SPEKTRA jsou pásová

vibra n spektra1
VIBRAČNÍ SPEKTRA

vibrační sp.

Infračervená IČ;

Infrared IR

spektra

infra erven spektrum
INFRAČERVENÉSPEKTRUM

FT-IR spektrum polyvinylchloridu

vyu it vibra n ch spekter
Využití vibračních spekter
  • Vibrační spektrum nám poskytuje informaci o symetrii molekul.
vibra n rota n spektra
Vibračně rotační spektra
  • U plynů je obvykle pozorováno rozštěpení vibračních čar, které vzniká v důsledku rotace molekul. Taková spektra se pak označují jako vibračně rotační spektra. Vibračně rotační spektrum představuje hustou soustavu spektrálních čar, které vznikají při přechodu mezi různými rotačními stavy jedné vibrační hladiny a rotačními stavy jiné vibrační hladiny. Pokud má spektroskop, kterým je spektrum získáno, malou rozlišovací schopnost, získáme místo spektrálních čar široké pruhy, které se označují jako vibračně rotační pásy.
parafin
Parafin

Wavenumbers (cm-1)

elektronov spektra
Elektronová spektra
  • Elektrony, které jsou sdíleny mezi jednotlivými atomy molekuly, se mohou nacházet nejen v základním, ale také v excitovaném stavu. Při přechodu mezi jednotlivými stavy takových elektronů získáváme tzv. elektronové spektrum. Energetické hladiny, které obsazují takové elektrony jsou od sebe mnohem více vzdáleny než např. rotační nebo vibrační energetické hladiny. Při přechodech mezi elektronovými hladinami molekuly dochází k vyzařování ve viditelné nebo ultrafialové části spektra.
  • Každá taková spektrální čára se přitom jeví jako série velmi těsně přiléhajících čar, tzv. pás (spektrum je tedy pásové), který vzniká jako důsledek existence rotačních a vibračních stavů v každém elektronovém stavu.
  • Elektronová spektra jsou pozorována u všech molekul.
elektronov spektra1
ELEKTRONOVÁ SPEKTRA

UV-VIS

(Ultra-violet, visible)

spektra

elektr. sp.

  • Dochází k přechodům mezi elektronovými stavy, tedy k přeskokům elektronů
  • (obvykle mezi vazebnými a nevazebnými molekulovými orbitaly(MO) a antivazebnými MO (např. b * ;  b  *; n *; n* )
  • V podstatě nejsložitější a zároveň nejjednodušší
  • Nejsložitější – zahrnují přechody mezi rotačními, vibračními a elektronovými stavy
  • Nejjednodušší – jednoduchá spektra s pár pásy
  • Souvisí s barevností látek
vyu it elektronov ch spekter
Využití elektronových spekter
  • Studium struktury látek
  • Umožňují určit hodnoty vazebných energií a rozložení energetických stavů elektronů v molekule
  • Podle Lambertova-Beerova zákona z nich lze zjistit koncentraci dané látky v roztoku
nejslo it j nejjednodu
NEJSLOŽITĚJŠÍ? NEJJEDNODUŠŠÍ?

Nejsložitější – zahrnují přechody mezi rotačními, vibračními a elektronovými stavy

Spektrofotometr s nízkým rozlišením

k emu n m to je
K ČEMU NÁM TO JE?
  • - Identifikace energetických stavů molekuly
  • Identifikace charakteristických skupin (-OH; -C=O apod. – viz. tabulka)
k emu n m to je1
K ČEMU NÁM TO JE?
  • Identifikace látek – určitá část spektra je pro danou látku charakteristická (fingerprint – otisk prstu)
  • kvantitativní stanovení látek pomocí Lambert-Beerova zákona
luminiscen n jevy
Luminiscenční jevy

Luminiscence zahrnuje jevy, kdy látka odpovídá na dopad

elektromagnetického záření nebo elementárních částic

emisí viditelného světla.

V praxi se rozlišuje podle podnětu, který luminiscenci

vyvolal:

Katodová luminisce (vyvolána elektrony)

Fotoluminiscence (emise světla v reakci na dopad fotonů)

Chemiluminiscence (jako reakce na volné radikály)

Radioluminiscence (reakce na dopad vysokoenergetických částic - protonů, částic alfa)

fluorescence a fosforescence
Fluorescence a fosforescence

Kinetické rozdělení luminiscenčních jevů se

řídí tím, za jak dlouho po stimulujícím

impulzu dojde k emisi světelného záření.

Podle konvence při objevení se světelného záření

  • do 1.10-8s po ozáření se mluví o fluorescenci,
  • po více než 1.10-8s - o fosforescenci.

Emise světla pochází z přechodu elektronu

luminiscen n spektra
LUMINISCENČNÍ SPEKTRA

Jak se molekuly z excitovaného stavu dostanou do stavu základního?

• Deexcitace vyzařováním světla - emise

• U molekul navíc - nezářivé přechody – snížení energie

- fluorescence Δt = 10-5 - 10-10

- fosforescence Δt = 10-2 – několik dní

luminofory
Luminofory
  • Látky, u nichž nastává luminiscence, se označují jako luminofory. Jsou to převážně pevné látky s příměsmi vytvářejícími tzv. luminiscenční centra (např. ZnS, CdS s příměsí Ag, Cu, Mg aj.).
fluorescen n spektrum
Fluorescenční spektrum

fluorescenční spektrum jeposunuto k delším vlnovýmdélkám než původní absorpčníspektrum a je k němu zrcadlověsymetrické

barevnost l tek
Barevnost látek:

bezbarvé látky

neabsorbují záření ve viditelné oblasti

barevné látky

absorbují část viditelného záření

barva pozorovaná okem je barvou doplňkovou k barvě pohlceného záření

barva doplňková je zbytek neabsorbovaného záření

vztah mezi absorbovanou spektr ln barvou a pozorovanou dopl kovou barvou
Vztah mezi absorbovanou spektrální barvou a pozorovanou (doplňkovou) barvou

Absorbované záření

vlnová délka [nm] spektrální barva doplňková–pozorovaná barva

pod 380 UV – záření není vnímána

380 – 435 fialová zelenožlutá

435 – 480 modrá žlutá

480 – 490 zelenomodrá oranžová

490 – 500 modrozelená červená

500 – 560 zelená purpurová

560 – 580 zelenožlutá fialová

580 – 595 žlutá modrá

595 – 605 oranžová zelenomodrá

605 – 730 červená modrozelená

730 – 780 purpurová zelená

nad 760 IR – záření není vnímána

chromofory auxochromy batochromn posun
Chromofory, auxochromy, batochromní posun

Skupiny atomů v molekule, které způsobují absorpci

záření v UV a VIS oblasti, se nazývají chromofory. Jsou

to skupiny obsahující násobné vazby. Sloučeniny bez

chromoforů obsahují pouze jednoduché σ vazby.

π elektrony v chromoforech dávají intenzivní absorpční

pás při přechodu do protivazebného orbitálu π*. V

konjugovaných systémech s rostoucím počtem

konjugovaných dvojných vazeb se posouvá abs. pás k

vyšším vlnovým délkám. Tento jev se nazývá

bathochromní posun. Podobný účinek mají skupiny –

OH, -NH2 a další, které se souhrnně označují

auxochromy.

chromofory
Chromofory:

charakteristická funkční seskupení zodpovědná za barevnost sloučeniny – obsahují násobné vazby nebo konjugovaný systém násobných vazeb

>C=C< -N=N- >C=O- -N=O -C≡N

absorp n maxima max
Absorpční maxima λmax
  • ethylen 163 nm
  • 1,3-butadien 217 nm
  • 1,3,5-hexatrien 251 nm
  • 1,3,5,7-oktatetran 304 nm
  • 1,3,5,7,9-dekapentaen 334 nm
absorp n maxima max1
Absorpční maxima λmax
  • Benzen 207 nm
  • Naftalen 285 nm
  • Antracen 375 nm
  • Tetracen 471 nm žluto-oranžový
  • Pentacen 580 nm fialový
ad