Wikipedia

Efekt Ramana: Różnice pomiędzy wersjami

Przeglądaj historię interaktywnie
[wersja przejrzana][wersja przejrzana]
← poprzednia edycjanastępna edycja →
Usunięta treść Dodana treść
WizualnieWikikod
uzupełnienie
WP:SK, drobne redakcyjne
Linia 1:
'''Efekt Ramana''' lub '(''zjawisko Ramana''', '''rozpraszanie kombinacyjne''', lub '''rozpraszanie ramanowskie''') - nieelastyczne rozpraszanie [[foton]]ów przez substancje. Polega ono na tym, że przy rozproszeniu wiązki [[światło|światła]] w widmie rozproszonym występują, obok fotonów o takiej samej energii ([[rozpraszanie Rayleigha]]) fotony (około 1 na 10<sup>7</sup>) o zmienionej energii. Powoduje to powstanie w widmie, obok pasma Rayleigha o takiej samej [[częstotliwość|częstotliwości]] jak światło padające, tak zwanych '''pasm stokesowskich''' i '''antystokesowskich''' o odpowiednio zwiększonej i zmniejszonej częstotliwości, symetrycznie położonych po obu stronach pasma Rayleigha. Są one na ogół około 1000 razy słabsze od pasma Rayleigha, a ich liczba i położenie zależy od budowy cząsteczek rozpraszających.
 
Największe zastosowanie w praktyce ma oscylacyjny efekt Ramana, gdzie odległość pasm stokesowkich i antystokesowskich od pasma Rayleigha (w skali częstotliwości) jest równa częstotliwości drgań normalnych cząsteczek substancji, na której zachodzi rozproszenie. Można również zaobserwować (jedynie w fazie [[gaz]]owej) rotacyjny efekt Ramana, w którym odległość pasm stokesowkich i antystokesowskich od pasma Rayleigha odpowiada częstotliwości obrotów cząsteczki.
 
== Historia odkrycia ==
Pierwszeństwo odkrycia zjawiska Ramana jest sprawą kontrowersyjną. Przewidziane zostało teoretycznie już w 1922 roku. Pomiar eksperymentalny został opisany po raz pierwszy w [[1928]] roku przez [[Chandrasekhara Venkata Raman|Chandrasekhara Ramana]] i zjawisko zostało nazwane na jego cześć. Za badanie rozpraszania światła Raman otrzymał w [[1930]] roku [[Nagroda Nobla|nagrodę Nobla]]. Najprawdopodobniej jednak jako pierwsi zarejestrowali niesprężyste rozproszenie światła radzieccy fizycy [[Leonid Mandelstam]] i [[Grigorij Landsberg]].
 
== Mechanizm zjawiska ==
[[GrafikaPlik:Raman energy levels.jpg|400px|thumb|Diagram energetyczny z zaznaczonymi kwantowymi poziomami energetycznymi cząsteczki biorącymi udział w rozproszeniu Ramana. Grubość linii odpowiada w przybliżeniu prawdopodobieństwu zajścia zjawiska. Dla porównania, zaznaczono również (strzałka czerwona), przejście odpowiadające [[Spektroskopia IR|widmu w podczerwieni]].]]
[[Rozpraszanie Rayleigha]] (czyli rozpraszanie elastyczne) opisać można jako anihilację jednego fotonu pod wpływem oddziaływania z cząsteczką (atomem, kryształem) i natychmiastową kreację drugiego fotonu, o takiej samej energii. W wyniku takiego oddzialywaniaoddziaływania cząsteczka ani nie traci energii, ani jej nie zyskuje. Zdarza się jednak, że kreowany foton ma mniejszą energię niż padający, a różnica energii zostaje zużyta na wzbudzenie drgań lub obrotów cząsteczki - rejestruje się wtedy światło rozproszone o zmniejszonej częstotliwości, pasmo stokesowskie. Kreowany foton może mieć również większą energię niż padający, co wiąże się z deekscytacją cząsteczki, która przekazuje swój nadmiar energii (oscylacyjnej lub rotacyjnej) kreowanemu fotonowi - rejestruje się wtedy światło rozproszone o zwiększonej częstotliwości, pasmo antystokesowskie.
 
=== Oscylacyjny efekt Ramana ===
Najczęściej rejestruje się oscylacyjny efekt Ramana, gdzie w cząsteczkach substancji, na której zachodzi rozproszenie, wzbudzane są lub wygaszane drgania, czyli różnica energii fotonu padającego i rozproszonego odpowiada różnicy energii poziomów oscylacyjnych cząsteczki (patrz rysunek powyżej). Ponieważ z [[rozkład Boltzmanna|rozkładu Boltzmanna]] wynika, że bardziej obsadzony jest oscylacyjny poziom podstawowy niż wzbudzony, znacznie silniejsze są pasma stokesowskie niż antystokesowskie.
 
Warunkiem pojawienia się oscylacyjnego pasma ramanowskiego jest zmiana [[polaryzowalność|polaryzowalności]] cząsteczki w czasie [[drgania normalne|drgania normalnego]]go w taki sposób, że nie ma ona ekstremum (minimum bądź maksimum) w położeniu równowagi (czyli że [[pochodna]] polaryzowalności po współrzędnej normalnej nie jest zero w położeniu równowagi<math>\left(\frac{\partial \alpha}{\partial Q} \right)_{Q=0} \neq 0</math>). Pasmo jest tym większe, im większe są zmiany polaryzowalności podczas drgania.
 
=== Rotacyjny efekt Ramana ===
W przypadku rotacyjnego efektu Ramana różnica energii fotonu padającego i rozproszonego odpowiada różnicy energii poziomów rotacyjnych cząsteczki. W przeciwieństwie do [[absorpcja|absorpcyjnych]] przejść rotacyjnych rejestrowanych w [[spektroskopia mikrofalowa|spektroskopii mikrofalowej]]<ref>gdzie liczba kwantowa rotacji ''J'' zmienia się maksymalnie o 1</ref>, liczba kwantowa rotacji ''J'' zmienia się o +2 (pasma stokesowskie) lub -2 (pasma antystokesowskie) (dla cząsteczek wieloatomowych możliwe są też zmiany o +1 lub -1, patrz [[widmo rotacyjne]]).
 
Warunkiem pojawienia się rotacyjnego pasma ramanowskiego jest [[anizotropowość]] tensora [[polaryzowalność|polaryzowalności]]. Rotacyjne widmo ramana mają zatem wszystkie cząsteczki poza tymi o symetrii [[tetraedr|tetraedru]]u (jak np. [[metan]]), [[oktaedr|oktaedru]]u (jak np. [[sześciofluorek siarki]])) lub [[ikosaedr|ikosaedru]]u (jak np. [[fuleren]] C<mathsub>_{60}</mathsub>).
 
==Zastosowanie==▼
 
▲== Zastosowanie ==
Efekt Ramana wykorzystuje się w [[badania materiałowe|analizie materiałowej]] i [[spektroskopia Ramana|spektroskopii]]. Stosunek intensywności pasm stokesowskich i antystokesowskich może posłużyć do wyznaczenia temperatury obiektu rozpraszającego.
 
W szczególnych warunkach, obserwuje się:
* [[Powierzchniowo wzmocniona spektroskopia Ramana|powierzchniowo wzmocniony efekt Ramana]]
* [[Rezonansowa Spektroskopia Ramana|rezonansowy efekt Ramana]]
* [[ramanowska aktywność optyczna|ramanowską aktywność optyczną]]
 
Patrz również:
* [[Spektroskopia Ramana]]
* [[Spektroskopowe kryterium polarności wiązania]]
 
{{Przypisy}}
 
 
[[Kategoria:Promieniowanie]]
Źródło: „https://pl.wikipedia.org/wiki/Efekt_Ramana”