1.1. Основные характеристики электромагнитного излучения

Электромагнитное излучение имеет двойственную природу - оно обладает волновыми и корпускулярными свойствами. К волновым характеристикам относятся частота колебаний, длина волны и волновое число, к квантовым - энергия квантов.

Частота колебаний () - число колебаний в единицу времени. Единицей частоты служит герц (Гц) или с^-1 (1 Гц =1 колебание в секунду).

Длина волны () есть расстояние между соседними максимумами. Длина волны в Международной системе единиц (СИ) измеряется в метрах (м) и его долях - сантиметрах (см), миллиметрах (мм), нанометрах (1нм=10^-9 м), ангстремах (1Å=10^-10 м).

_

Еще одной весьма удобной величиной является волновое число ():

=1/ [см^-1].

Волновое число показывает сколько длин волн данного излучения укладывается в 1см. По сложившейся традиции излучение в инфракрасной области определяют в волновых числах.

Спектр электромагнитных колебаний удобно разбить на несколько областей (табл. 1). Деление спектра на области важно потому, что взаимодействие излучения с изучаемой системой в каждой из них протекает по различным механизмам и дает разную информацию.

Таблица 1

Спектр электромагнитных колебаний

Область спектра	Интервал длин волн ()
Радиоволны Микроволны Инфракрасное излучение Видимый свет Ультрафиолетовое излучение Рентгеновское излучение -Излучение	 1 м 10-3–1 м 750–106 нм или 7,510–7 –10-3 м 400–750 нм или 410–7–7,510–7 м 10–400 нм или 10-8 – 410–7 м 10-2–10 нм или 10-11–10-8 м 10-4–0,1 нм или 10-13–10-10 м

Каждая область электромагнитных колебаний охватывает определенный интервал длин волн и характеризуется определенным уровнем энергии. Энергия электромагнитного излучения определяется соотношением Бора:

Е=h,

где h - постоянная Планка, равная 6,6210^-34 Джс.

Как известно из теории колебаний, длина волны связана с частотой и скоростью распространения волны соотношением:

=c/,

где с - скорость света в вакууме (с=310⁸ м/c).

Тогда получаем следующую связь между величинами:

_

Е=h=hc/ =hc.

Количество поглощаемой энергии может иметь только строго определенные значения, т.е. поглощается излучение только определенной частоты. Поглощение излучения, а, следовательно, и энергии происходит в том случае, если квант излучения соответствует разности между двумя энергетическими уровнями облучаемого вещества.

В органической химии для исследования строения молекул чаще всего используются следующие области, различающиеся энергией квантов:

- наибольшая энергия требуется для возбуждения электронов; эта энергия соответствует излучению в ультрафиолетовой и видимой области (электронная спектроскопия);

- меньшие затраты энергии необходимы для изменения колебательных уровней молекулы, связанных с изменением длин связей и углов в инфракрасной области (колебательная спектроскопия);

- еще меньшая энергия необходима для переориентации спинов ядер, которая может вызываться квантами радиочастотного излучения (спектроскопия ядерного магнитного резонанса).