题目
物质与电磁辐射相互作用后,产生紫外-可见吸收光谱,这是由于( )A. 分子的振动;B. 分子的转动;C. 分子外层价电子的跃迁;D. 原子核内层电子的跃迁;E. 分子的振动和转动跃迁;
物质与电磁辐射相互作用后,产生紫外-可见吸收光谱,这是由于( )
A. 分子的振动;
B. 分子的转动;
C. 分子外层价电子的跃迁;
D. 原子核内层电子的跃迁;
E. 分子的振动和转动跃迁;
题目解答
答案
C. 分子外层价电子的跃迁;
解析
本题考查紫外 - 可见吸收光谱的产生原理。解题思路是明确不同类型的分子运动和电子跃迁所对应的能量范围,然后判断哪种情况会产生紫外 - 可见吸收光谱。
1. 分析各选项对应的能量范围
- 分子的振动:分子振动所需的能量相对较低,其吸收光谱一般出现在红外光区。分子振动是指分子中原子间相对位置的周期性变化,根据量子力学原理,分子振动能级的能量差$\Delta E_{vib}$满足公式$\Delta E_{vib}=h\nu_{vib}$,其中$h$是普朗克常量($h = 6.626\times10^{-34}J\cdot s$),$\nu_{vib}$是振动频率。一般分子振动频率在$10^{12}-10^{14}Hz$,对应的能量$\Delta E_{vib}$在$10^{-21}-10^{-19}J$,这个能量范围对应的是红外光的能量范围(波长约$780nm - 1mm$)。
- 分子的转动:分子转动所需的能量更低,其吸收光谱出现在远红外光区和微波区。分子转动是指分子绕着其质心的转动,分子转动能级的能量差$\Delta E_{rot}$满足公式$\Delta E_{rot}=h\nu_{rot}$,分子转动频率$\nu_{rot}$一般在$10^{10}-10^{12}Hz$,对应的能量$\Delta E_{rot}$在$10^{-24}-10^{-21}J$,这个能量范围对应的是远红外光和微波的能量范围(波长约$1mm - 1m$)。
- 分子外层价电子的跃迁:分子外层价电子具有不同的能级,当受到紫外 - 可见光(波长范围约$10nm - 780nm$)照射时,外层价电子可以吸收光子的能量从低能级跃迁到高能级。根据$E = h\nu=\frac{hc}{\lambda}$(其中$c$是光速,$c = 3\times10^{8}m/s$,$\lambda$是光的波长),紫外 - 可见光的能量范围在$10^{-19}-10^{-15}J$,这个能量足以使分子外层价电子发生跃迁,从而产生紫外 - 可见吸收光谱。
- 原子核内层电子的跃迁:原子核内层电子与原子核结合得非常紧密,要使内层电子发生跃迁需要很高的能量,一般需要高能射线(如$X$射线)才能实现,其能量远高于紫外 - 可见光的能量。
- 分子的振动和转动跃迁:如前面分析,分子的振动和转动跃迁对应的是红外光和微波的能量范围,不会产生紫外 - 可见吸收光谱。
综上,物质与电磁辐射相互作用后产生紫外 - 可见吸收光谱是由于分子外层价电子的跃迁。