акустическая спектроскопия
АКУСТИЧЕСКАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ
изучает распространение в веществе звуковых волн малых амплитуд. В случае продольных волн частицы или малые элементы объема, содержащие не менее 104 молекул, колеблются вдоль направления распространения волны, в случае поперечных — в плоскости, перпендикулярной этому направлению. Продольные волны создают последовательно чередующиеся адиабатич. сжатия и разрежения среды, сопровождающиеся изменением температуры и соответствующим смещением равновесия хим. реакций. В областях сжатия и разрежения возникают небольшие локальные отклонения от термодинамич. равновесия, не приводящие (в случае звуковых колебаний малых амплитуд) к фазовым переходам. Среда стремится вернуться в состояние термодинамич. равновесия, т. е. возникают релаксац. процессы, которые приводят к поглощению энергии волн. Убывание амплитуды (избыточного давленияΔР) плоской волны, распространяющейся вдоль направления х. описывается уравнением: ΔР(х) =
Рис. 1. Дисперсия скорости звука.
При релаксации фазовая скорость С волны также зависит от v, т. е. наблюдается дисперсия скорости звука. Если Т намного меньше времени релаксации
В методах А. с. измеряют зависимости С и α от v (или
При проведении исследований сначала находят эксперим. зависимости С и α от v. Затем, исходя из той или иной модели релаксац. процесса, рассчитывают теоретич. зависимости и сравнивают их с экспериментальными. Наиб. часто релаксац. процесс описывают с помощью представлений об элементарных химических реакциях. В терминах элементарных реакций могут быть описаны любые резкие изменения состояния системы, приводящие к разрыву или образованию хим. связей, конформац. превращениям, поглощению или испусканию фононов или фотонов и т. д. В Наиб. простых случаях зависимости α и С от со описываются уравнениями:
Здесь
В качестве примера на рис. 2 представлена простая релаксац. полоса поглощения звука в акустич. спектре жидкого бензола. Ее максимум соответствует релаксац. частоте vp = = 1/2
Рис. 2. Зависимость величины
Если какая-либо из протекающих в среде реакций сопровождается поглощением теплоты и (или) изменением объема системы, то bа > 0. Такие реакции проявляются в акустич. спектре, по которому можно сделать выводы об их механизме. Время
Большое значение имеют звуковые волны, возникающие в результате теплового движения в объеме и на поверхности раздела фаз. Их можно изучать оптич. методами (по спектрам рэлеевского рассеяния света). Поверхностные звуковые волны влияют на механизм гетерог. реакций.
Методами А. с. исследуют свойства и строение вещества, кинетику быстрых реакций, конформац. превращения, возбуждение и дезактивацию внутримол. колебаний в газах и жидкостях (в т. ч. в биологически активных средах). В твердых кристаллах исследуют образование и исчезновение дефектов.
Лит.: Михайлов И. Г., Соловьев В. А., Сырников Ю. П., Основы молекулярной акустики, М., 1964; Физическая акустика, пер. с англ., т. 1–7, М., 1966–74; Методы исследования быстрых реакций, пер. с англ., М., 1977; Шах паройов М.И., Механизмы быстрых процессов в жидкостях, М., 1980; Поверхностные акустические волны, под ред. А. Олинера, пер. с англ., М., 1981.
М. И. Шахпаронов
Химическая энциклопедия