Mecanismos espectrales característicos

Un gran número de estudios teóricos y experimentales han demostrado plenamente que cuando una parte de la luz entra al interior de la sustancia, se producirá un comportamiento de absorción: este comportamiento de absorción es la manifestación espectral de la estructura interna de la sustancia. sustancia, oligoelementos e iones, y tiene la función de indicación del tipo de sustancia. En las regiones espectrales visible e infrarrojo cercano, el mecanismo que produce características espectrales de absorción características es principalmente el proceso de transición electrónica o proceso vibratorio de las partículas internas características (Hunt et al., 1971). Las transiciones electrónicas incluyen principalmente: efecto de campo cristalino, migración de carga, banda de conducción y centro de color.

1. Transición electrónica

(1) Efecto de campo cristalino

La transición electrónica es la razón más importante del espectro de absorción. En la teoría del campo cristalino, las posiciones orbitales (como los orbitales S, etc.) ocupadas por los electrones de un elemento tienen cada una la misma energía. Bajo la acción del campo cristalino, los niveles de energía se separarán. La separación de niveles de energía orbitales significa que cuando un electrón pasa de una órbita de bajo nivel de energía a un nivel de alta energía, debe absorber energía que coincida con la diferencia de niveles de energía y producir las características del espectro de absorción correspondientes. La diferencia de energía entre los niveles de energía está determinada por la valencia de los átomos (p. ej. Fe2, Fe3), el número de coordinación y la simetría de las posiciones cristalinas ocupadas. Al mismo tiempo, factores como la composición de los enlaces de coordinación, la extensión inclinada de la posición del cristal y el espaciado de los átomos dentro de los enlaces de coordinación metálicos también controlan la diferencia de energía de los niveles de energía. El campo cristalino cambia a medida que cambia la estructura cristalina del elemento, por lo que la fragmentación de partículas dentro de una sustancia y las diferencias en los iones producen absorciones significativamente diferentes. Al mismo tiempo, cambios sutiles en la composición también pueden provocar cambios en la forma espectral, lo que hace posible utilizar espectros para la identificación de minerales. Las bandas de absorción contienen no sólo características diagnósticas de las especies minerales sino también características intrínsecas de los iones dentro del mineral.

(2) Migración de carga

La migración de carga también producirá bandas de absorción. La absorción de fotones hará que los electrones se muevan entre iones o entre iones y enlaces de coordinación, al mismo tiempo, la migración de carga también puede ocurrir entre los mismos elementos, como Fe2 y Fe3; En términos generales, la banda de absorción generada por la migración de carga es la banda de absorción diagnóstica de los minerales y su intensidad es miles de veces mayor que la de la migración del campo cristalino. Sin embargo, el centro de la banda de absorción a menudo aparece en la región ultravioleta y las alas de absorción. propagarse en la región de luz visible. La absorción por transferencia de carga es la razón principal del color rojo de los óxidos e hidróxidos de hierro. También cabe señalar que la relación superficie-volumen (tamaño de partícula) afecta la intensidad de absorción, lo que produce cambios en la forma de onda.

(3) Banda de conducción y banda de valencia

Algunas sustancias suelen tener dos niveles de energía: la zona con mayor energía se llama "banda de conducción" y los electrones pueden moverse por toda la red. Movimiento medio; la región de menor energía se llama "banda de valencia" y los electrones pueden moverse a lo largo de la red cristalina; Banda de valencia", donde los electrones están unidos a un solo átomo. La diferencia entre niveles de energía se llama banda prohibida. En algunos electrones, la brecha de energía es muy pequeña o inexistente; en algunos dieléctricos, la brecha de energía es muy grande. El color de algunos minerales suele ser causado por la brecha energética, como el color amarillo del azufre

(4) Centro de color

El color de algunos minerales es causado por la. La absorción del centro de color es causada principalmente por la irradiación de defectos del cristal y hace que el nivel de energía del electrón pase a él, lo que requiere la absorción de la energía del fotón, formando así características de absorción. 2. Vibración grupal

En las moléculas y redes cristalinas, los enlaces actúan como resortes unidos a masas, haciendo que todo el sistema vibre a una frecuencia que depende de cada resorte (enlaces moleculares) y de su masa (la masa). de cada elemento en la molécula). Si una molécula tiene N átomos, tiene 3N-6 modos simples llamados armónicos fundamentales. Cada vibración también puede ocurrir. La vibración de un solo modo armónico fundamental en múltiples frecuencias armónicas fundamentales originales se llama múltiple. frecuencia, y la combinación de vibraciones de diferentes modos se llama frecuencia compuesta. Si una molécula tiene tres vibraciones armónicas fundamentales, a saber, Vi, V2 y V31, entonces su frecuencia de multiplicación es de aproximadamente 2 V, 3 V y 2 V2; , V2, V2 V3, V, V2 V3, etc. Además, también puede haber modos diferenciales como V l V3V2.

Cada vibración de frecuencia de octava alta, o coro, es de 30 a 100 veces más débil que su vibración armónica fundamental más cercana, lo que complica los espectros minerales. Sin embargo, en la espectroscopia de reflectancia, estas características de absorción débil se pueden medir fácilmente, y la información de diagnóstico generalmente proviene de la segunda y tercera octava y de las frecuencias de coro. Los modos de cristal a veces también tienen características de VT (vibración de transferencia) y VR (vibración rotacional), así como en combinación con otras vibraciones armónicas fundamentales, lo que da como resultado un espectro más finamente estructurado, que aparece en la banda del infrarrojo medio.