Меня беспокоят спектры цветового отражения, которые показывают немного разные характеристики при разных температурах образца. Я пытаюсь выяснить причину этого и хотел бы понять, какое влияние оказывает температура на поглотительные свойства веществ вообще.
Когда я нагреваю различные чернила, содержащие органические красители (например, от 20 до 50 °C с использованием нагревательного элемента с ПТКС), я могу наблюдать несколько эффектов спектральной отражательной способности при повышении температуры. Большинство красок демонстрируют увеличение красного смещения и уменьшение коэффициента отражения, которое обратимо при охлаждении образца.
Температурно-зависимые изменения спектрального поглощения являются известным явлением цветных объектов и могут также наблюдаться, например, для пропускающего стеклянного фильтра.
Поглощение красителей в основном обусловлено электронные переходы сопряженных и делокализованных двойных связей С=С с соответствующей энергией в видимом диапазоне электромагнитного спектра.
Собрав все свои скудные познания в физике, я бы предположил, что энергия, индуцированная нагревом образца, приводит к более сильным колебаниям молекул. За счет этой вибрации необходимая энергия возбуждения для переход электрона уменьшается, что сдвигает спектр поглощения в сторону более длинных и менее заряженных длин волн – по крайней мере, это мое предположение. Другая мысль, которая приходит мне на ум, заключается в том, что делокализация связей увеличивается из-за колебательных состояний (почему это вообще должно происходить), и, таким образом, сдвигается поглощение.
Является ли физически правдоподобным, что более высокая температура образца уменьшает необходимое количество энергии для электронных переходов? Какое еще влияние оказывает повышение температуры на поглощающие свойства молекулярных систем/красителей? Есть ли смысл в моих предположениях?
Поскольку вы наблюдаете спектр видимого света (энергия фотона 2-4 эВ), поглощение происходит в основном из-за перехода электрона между занятым состоянием и пустым состоянием. Вибрация дает лишь один из факторов, определяющих ширину линии.
Расстояние между энергетическими уровнями определяется силой взаимодействия между составляющими молекулами. Большее межмолекулярное взаимодействие приводит к более широкому расщеплению энергетического уровня. Сила взаимодействия является функцией межмолекулярного расстояния.
С повышением температуры межмолекулярное расстояние увеличивается, а взаимодействие между молекулами ослабевает. Таким образом, более высокая температура ослабляет межмолекулярное взаимодействие и сужает расстояние между энергетическими уровнями. Это приводит к красному смещению спектра.
Например, ширина запрещенной зоны полупроводника всегда уменьшается с ростом температуры. В случае GaAs ширина запрещенной зоны составляет 1,44 эВ при комнатной температуре по сравнению с 1,52 эВ при низкой температуре.
Карл Виттофт
Тимсен