- ベストアンサー
炭酸ガスの放射スペクトルの幅
地球大気の放射・吸収スペクトルのグラフをみてとても不思議 と思うのです。例えば http://home.hiroshima-u.ac.jp/er/Class/P04_3.html １５ミクロン以上の波長は炭酸ガスの吸収域と書かれて いますが簡単な分子構造なのになぜあんなに連続的なスペクトルで電磁波のエネルギーを吸収することが出来るのでしょうか。 酸素や水の吸収も結構広い帯域があるように見えます。 もっと飛び飛びのスペクトルで吸収しても良いと思うのですがそうでない理由を教えて頂ければ幸いです。よろしくお願いします。
- yyz1974
- お礼率23% (133/563)
- 物理学
- 回答数2
- ありがとう数3
- みんなの回答 （2）
- 専門家の回答
質問者が選んだベストアンサー
- ベストアンサー
>炭酸ガスや酸素は極性が無いために電磁波の回転吸収はおきないと… 二酸化炭素や酸素も結合軸に垂直な軸の周りの回転があります。 酸素や窒素が吸収を持たないのは伸縮振動が起きても「電荷の分極」が起きないため、赤外線で「禁制」になります。(ラマンスペクトルではよく見えます,ラマンスペクトルの説明はしません) >”濃度が高いので飽和してしまう”という意味が良く解りません… 失礼しました、これは科学用語で、濃度が濃すぎて真っ暗になってしまうという意味です。 >ドップラー効果での幅はどれくらいあるのでしょうか… 通常ドップラー効果の大きさは非常に小さいので通常問題にはなりません。(光の速さと比較できるぐらい大きくないと気にしなくて良い) >二酸化炭素の変角振動の個有値や非対称振動の固有地… これは私には説明できません、 二酸化炭素の赤外領域の吸収のデータがありましたので貼ります。↓ http://science.widener.edu/svb/ftir/ir_co2.html 波数で書いてあります、波数は波長の逆数をcm-1で表したものです。 こっちのデータの方が分かり易いかも知れません、↓ http://www.astrochem.org/CO2H2O.html
その他の回答 (1)
>１５ミクロン以上の波長は炭酸ガスの吸収域と書かれて… 書かれていません。 下の二つのグラフ。 「国立環境研究所の野沢 徹氏による…」と 「三輪剛史氏による…」は実際上同じもので重ね合わせることが出来ます。 そこに書いてあることは、15μm付近にCO2の二つのピークがあり、地表面付近では短波長側の吸収も大きいかが高空ではそれは小さい。長波長側のピークは大きいということです。 そして、「国立環境研究所の野沢 徹氏による…」グラフの方にはその長波長側に酸素と水のピークがあることが書かれています。 両グラフともそれより長波長は「水の回転」吸収がほぼ連続的に現われる事を示しています。 回転準位は幅が狭いので(回転の角速度分布に相当)連続として扱えます。 飛び飛びの部分は、近紫外から可視、近赤外に掛けての水の結合伸縮と変角振動(ハサミ運動)で占められています。 二酸化炭素は変角振動も多少あり、酸素間で炭素が往復する非対称伸縮が吸収が現われます。 一方酸素分子や窒素分子では伸縮しか吸収はあり得ずそれも赤外では禁制遷移といって「見えないハズ」になっています。 酸素が大きな吸収を持っているのは0.3μmより短い波長でここは近紫外から遠紫外にかかった電子励起の吸収です。 ということで、この二つの図は「飛び飛びのスペクトルだが濃度が高いので飽和してしまう」ことを表しています。
補足
早速ご回答ありがとうございました。水の回転吸収によって吸収スペクトルの幅が広がっていることは良く理解できました。 炭酸ガスや酸素は極性が無いために電磁波の回転吸収はおきないと考えても良いのでしょうか。それでも”濃度が高いので飽和してしまう”という意味が良く解りません。長い距離を通過するのでいろんな固有振動数を持つ分子に吸収されるということではありませんよね。ドップラー効果での幅はどれくらいあるのでしょうか。スペクトルの幅を説明できるほど大きくは無いのではと直感的に思ってしまうのですが、間違っていますか。二酸化炭素の変角振動の個有値や非対称振動の固有地はほぼ連続的と考えてよろしいのでしょうか。やっぱり水以外のスペクトルの幅が私には理解できておりません。再度御指導お願いいたします。
関連するQ&A
- 希ガスの黒体放射
黒体放射についての質問です。あらゆる物質はその温度に応じて電磁波を放出しているという言葉をよく目にすることがあります。 (1) これは、物質を熱するといわゆる振動や回転などの状態が励起され、電磁波を放出するということなのでしょうか。 電磁波を出すには、励起状態から基底状態への遷移が必要になってくると思います。しかし、ヘリウムやアルゴンなどの希ガスは単原子分子であり、極めて安定な分子であり、赤外不活性です。そうなると、電磁波を吸収したり、放出するエネルギー準位が、電子状態ぐらいしか存在しません。 (2) 常温で希ガスの放射スペクトルを観測すると、どの波長の電磁波が観測されるのでしょうか。その温度に応じた黒体放射が観測されると思いますか。 (3) 電磁波を吸収・放出するためには、離散化されたエネルギー準位が必要と思われます。しかし、ヘリウムやアルゴンなどの単原子分子の場合、振動、回転といったモードは考えづらく、かといって並進運動はエネルギー準位が非常に小さいために、電磁波として放出される波長は検出できないくらいの長い波長になってしまうのでしょうか。また、それはドブロイ波になるということでしょうか。 (4) 黒体放射の電磁波は並進エネルギーからも出ているのでしょうか？並進運動は、直接、電磁波を吸収したり、放出したりすることはできるのでしょうか。
- 締切済み
- 物理学
- 黒体放射と輝線スペクトル
原子が出す光については核の周りの電子が内側の（低エネルギーの）軌道に移動するとき、その エネルギー差に相当する波長の光が出るという説明で、それなりに納得できます。 では、黒体放射の連続スペクトルは、原子や分子のどこからどのように出てくるのでしょうか？ヘリウムや水素分子（H2)などの小さな原子や分子も温度に応じていろいろな波長の電磁波を出していると思うのですが、その電磁波は電子から出てくるのでしょうか、核から出てくるのでしょうか？どうして「連続」スペクトルになるのでしょうか？
- 締切済み
- 物理学
- 熱放射（輻射）の基本的なことを教えてください
熱放射で出される電磁波は、人体や地球放射などは赤外線領域で、赤外線を熱線と呼んだりするかと思いますが、太陽では熱放射として可視光や紫外線が出ていると思います。この場合でも、熱放射の出るミクロな場面では、分極した分子の運動ととらえてよいのでしょうか。 吸収の場面では、紫外線は電子遷移や光解離として吸収されますが、放射の場面でも同じ仕組みで、電子遷移なのでしょうか。光解離で放射というのは、考えにくいように思いますが、、、 黒体放射のスペクトルが、温度によっては、ＵＶから可視光、赤外線となめらかなカーブになりますが、これは、同じ放射の仕組みによるのでしょうか。あるいは、波長域でよって、核融合だったり、電子遷移だったり、双極子モーメントの運動だったり、もとの反応は様々でもエネルギーとしてはなめらかに曲線になるのでしょうか。 少し違う話ですが、あらゆる物体は温度に応じた電磁波を出す、とよくいわれますが、大気中の窒素や酸素など双極子モーメントをもたない気体分子も、温度におうじた電磁波を出しているのでしょうか。 ＣＯ２やＨ２Ｏなど気体分子が吸収のピーク波長をするどく持つのに対し、多くの固体は黒体に近似できる場合が多いようですが、固体では、さまざまな分極した分子の運動が生じうるからということなのでしょうか？ また、最初の質問と少し、だぶりますが、固体の温度が上がり、赤外線から可視光にかわるときには、固体のなかでの電磁波を発する仕組みも違うものになるのでしょうか？ あるいは、いつでも、原子や分子の熱運動といっていいのでしょうか。 とりとめのない質問になってしまいましたが、可能な部分だけでも、教えていただけましたら助かります。
- 締切済み
- 物理学
- 大気による放射の吸収
初歩的な質問かもしれませんが、よろしくお願いします。 大気は、太陽からの放射(電磁波)を吸収します。 それは、大気の中の物質の特徴、細かく言えば、 各分子・原子のもつエネルギー準位に対応した放射を吸収します。 振動モードだったり、回転モードだったり、いろいろなエネルギー準位が ありますが、それらに対応した吸収をします。 また、吸収したエネルギーを電磁波として放出したりもします。(赤外放射) それは、吸収と同様にエネルギー準位に対応した放射をしそうです。 そこで、質問です。 これと黒体放射はどのような関係にあるのでしょうか。 放射の仕方は、各物質のエネルギー準位に対応するように思うのですが 黒体放射に従うならば、各物質のエネルギー準位など関係なく温度のみに 依存するはずです。 各物質が、完全な黒体ではないとしても、赤外放射が黒体放射でよく近似できるのは事実だと思います。どう考えればよいのでしょうか。
- 締切済み
- 物理学
- 窒素や酸素の赤外線の吸収・放射は？
温室効果ガスとされる二酸化炭素やメタンなどが、地球放射の赤外線を吸収し、放射していることが現在の気候変動の要因とされているのだと思います。 一方、「すべての物質は温度に応じて電磁波を放射している」と聞いたことがあるのですが、とすると、窒素や酸素も赤外線（あるいは、もっと波長の長い電磁波）を放射しているのでしょうか。 窒素や酸素も電磁波を吸収、放射しているけれど、その吸収帯が、太陽放射や地球放射と重ならないので、温室効果と関係ないだけだとすると、酸素や窒素が吸収・放射している電磁波の波長はどのくらいなのでしょうか。 放射の基本的なことがわかっていなくて、ご存知の方、教えていただけましたら、うれしいです。
- ベストアンサー
- 環境学・生態学
- 黒体の特徴および黒体放射の特徴
黒体の特徴および黒体放射の特徴について書け、という問題があります。とりあえず自分が思いつくのは 黒体の特徴：あらゆる電磁波を吸収してしまう 黒体放射の特徴：放射される電磁波は連続スペクトルであり、高温になればなるほど放射される電磁波の波長は短くなってしまう ということですが、他に何か書いておくべき特徴はあるでしょうか？ 些細なことでも結構ですので、このほかに書くべき特徴があれば教えていただけたら幸いです。 よろしくお願いします。
- ベストアンサー
- 物理学
- 紫外・可視領域の分子の吸収スペクトルについて
「紫外・可視領域の分子の吸収スペクトルが幅広になる理由を述べなさい」という問題について、ご教授願います。 講義の内容や、文献をあたった結果から以下のように自分なりに考えました。 「分子が紫外線や可視光を吸収すると基底状態にあった電子が励起され励起状態となる。このときのエネルギー差に相当するエネルギーを持った波長の光が吸収されスペクトルとなる。しかし、分子の持つエネルギーはほかに、振動エネルギーや回転エネルギーなどがあるため、実際に吸収するエネルギーの値は一定ではなく幅を持ったものとなる。このため、吸収される光の波長にも幅が生まれ結果としてスペクトルに幅が生まれる。」 この内容について、合っているか間違っているかを教えて頂きたいのが1点目の質問です。 そして、課題のヒントとして 「分子の基底状態は振動により核間距離に幅がある。フランクコンドンの原理にあるように吸収は核間距離を変化させずに起こる。基底状態から励起状態に遷移するためには励起状態に存在を許容する準位がなければならない。といったことを考えよ」 というものが与えられたのですが、これをどのように考えたらいいのかがわかりません。これが2点目の質問です。 以上の2点について、考え方の方向性やヒントを示していただけるだけでも構いませんので、ご解答をお願いします。
- ベストアンサー
- 化学
- ポリチオフェン分子の長さを吸収スペクトルから考察せよ
ポリチオフェン分子の長さを吸収スペクトルから考察せよ っていう問題が学校で出されました。 チオフェン重合体の吸収波長の中心波長が１～３量体まで与えられています。 スペクトルは実験室でとりましたが、谷がはっきりしていません。 どうやって考察すればいいかわかる方、教えてください。 文章がわかりにくかったらすみません。
- ベストアンサー
- 化学
お礼
http://www.astrochem.org/CO2H2O.html のサイトは大変参考になりました。これ以上のことは少し勉強してからまた質問させてください。 大変低い温度で測定しているのはエネルギーを吸収しやすいからだと思いました。炭酸ガスだけの吸収は大変鋭いですね。広がっているのはやはりH2Oのせいであることがわかりました。おかげで私の当初感じていた疑問は殆ど理解できました。ありがとうございました。