К вопросу о природе вращательной структуры спектра окисления алюминия Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

ИЗВЕСТИЯ

ТОМСКОГО ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО

ИНСТИТУТА имени С, М. КИРОВА

Том 162 ' 1967

о

К ВОПРОСУ О ПРИРОДЕ ВРАЩАТЕЛЬНОЙ СТРУКТУРЫ СПЕКТРА ОКИСЛЕНИЯ АЛЮМИНИЯ

Л. В. ЖДАНОВА

(Представлена проф. В. А. Соколовым)

В предыдущей работе [1] на основе изучения сплошного, линейчатого и колебательного спектров было сделано предположение о термической природе излучения пламени алюминия. В данной работе с целью дальнейшего изучения структуры и природы возбуждения спектра окисления алюминия исследовалась вращательная структура молекулы АЮ в спектре пламени алюминия, горящего в кислороде.

Для молекулы АЮ (переход а£ —2£) согласно [2] распределение интенсивностей по вращательным линиям полос определяется выражением:

-В'К'(К' + \)hC

I = с {К( + К" 1) е--' (1)

где С — постоянная в пределах полосы, К' и /(" — квантовые числа, соответствующие полному моменту количества движения за вычетом спина, а В — Л/8тс2С/0• (/0 — момент инерции молекулы).

После логарифмирования и подстановки численных значений постоянных [3] уравнение (1) принимает вид:

lg---- С* - 0,3738 К' . (2)

5 /(' + К" + 1 Т w

В случае больцмановского равновесия зависимость lg ^

от К, {К, + 1) изображается прямой линией, наклон которой позволяет найти температуру Твр,.

Для получения спектров нами использовался спектрограф ИСП-67.

о

Изучалась вращательная структура полос 0—0 (4842,1 А) и 1—0

о

(4648,2 А). Дисперсия прибора в этих областях равна соответственно

о о

1,8 А /мм и 1,92 А/мм. В случае 0—0 полосы рассчитывались линии Я-ветви с К" =51—59 и 31—36; для 1—0 полосы мы могли рассмотреть только линии Я-ветви с А" =58—64.

Полученные нами данные представлены на рисунке, из которого

видно, что график зависимости lg —--—— от К! (К' + 1) состоит

К'+К"+1

из двух отрезков, пересекающихся при их продолжении.

12. Заказ 593! • 177

>

Из наклона прямых получены следующие значения температур Твр:

полоса 0-0, линии с /С" =31—36; Твр = 3400°К; полоса 0-0, линии с К" = 51-59; Твр = 9100°К; полоса 1-0, линии с /(" = 58-64; Твр = 8000°К;

Результаты могут быть объяснены, если предположить, что в алюминиевом пламени существуют две различные группы электронно-возбужденных молекул АЮ: одна, состоящая из частиц с нормальным распределением вращательных энергий, и другая, состоящая из ча-

-ив ч.до -ий -ш

-2М -905

то

¥1Г<1)

Рис. 1. Зависимость —

К' + К" + 1

Ж ЗШ

от К'(К' + \) для полосы 0—0 (4842,1 А).

стиц, обладающих ненормально высокими вращательными энергиями, полученными в результате экзотермической реакции. Излучение молекул АЮ, относящихся ко второй группе, имеет, таким образом, люминесцентную природу. „Температура", определенная по наклону отрезка прямой, относящегося к высоким /С", не является истинной. Твр, полученная по наклону прямой, проходящей через точки, соответствующие более низким вращательным уровням, согласуется с адиабатической температурой пламени алюминия (3800°К) [4] и с колебательной температурой молекул АЮ в этом пламени [5].

Подобные результаты, т. е. различные Твр для разных К" были получены, например, Гейдоном и Вольфхардом, Бройда, Хори и др. при определении температур по вращательной структуре ОН, СН, СО и CN в различных пламенах, в том числе и в пламенах, горящих при атмосферном давлении [6, 7, 8, 9].

Весь выполненный нами комплекс исследований спектра окисления алюминия приводит, таким образом, к выводу о существовании в собственном пламени алюминия двух зон радиации:

Î. Высокотемпературная зона (зона горения). Основные излучающиеся частицы — твердые частицы образующегося окисла и атомы алюминия — находятся в термическом равновесии друг с другом при температуре Т — 4900°К. Кроме того, в этой зоне в результате неполной диссоциации существуют молекулы АЮ. Образованные при экзотермической реакции, они обладают большими вращательными энергиями и не подчиняются закону Больцмана, давая люминесцентное излучение.

2. Зона с более низкой температурой (зона догорания) дает чисто тепловое свечение. Основные излучающие частицы этой зоны — молекулы АЮ —находятся в термическом равновесии друг с другом, причем существует равновесие между их колебательными и вращательными степенями свободы. Атомы алюминия в этой зоне не возбуждаются; термическое излучение твердых частиц в этой зоне не является значительным по сравнению с высокотемпературной зоной пламени.

ЛИТЕРАТУРА

1. J1. В. Жданова, В. А. Соколов. Журнал прикладной спектроскопии. 1, 272, 964.

2. Г. Герц б ер г. Спектры и строение двухатомных молекул. ИЛ, 1949.

3. W. Pom его у. Phys. Rev., 29, 59, 1957.

4. A. Grosse, J, Conway. Ind Eng. Chem. Wash., 50, 663, 1958.

5. Л. В. Жданова, В. А. Соколов. Журнал прикладной спектроскопии (в печати).

6. A. G. Gay don,, H. G. Wolf hard, Proc. Roy. Soc., A194, 169, 1948.

7. W. R. Kane, H. P. В г о i d a, J. Chem. Phys., 21, 347, 1953.

8. H. P. В roi da, J. Chem. Phys., 21, 340, 1953.

9. T. Hori, Proc. Proc. Phys.-math. Soc. Japan, 25, 595, 1943.