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Home Chimica

Diffusione Rayleigh e diffusione Raman

di Chimicamo
7 Novembre 2022
in Chimica, Chimica Fisica
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Diffusione Rayleigh e diffusione Raman-chimicamo

Diffusione Rayleigh e diffusione Raman-chimicamo

La diffusione di Rayleigh  è la diffusione elastica di un'onda luminosa provocato da particelle piccole rispetto alla lunghezza d'onda dell'onda stessa

La radiazione elettromagnetica che colpisce una molecola può essere trasmessa, assorbita e diffusa e se  la collisione è elastica , la frequenza della radiazione diffusa è uguale a quella della radiazione incidente (diffusione Rayleigh).

Se la collisione non è elastica, la frequenza della radiazione diffusa è superiore o inferiore a quella della radiazione incidente  (diffusione o effetto Raman). Nell'effetto Raman i fotoni della radiazione, ritenuta per semplicità monocromatica, interagiscono con la molecola e l'energia dei fotoni diffusi è aumentata o diminuita rispetto a quella dei fotoni incidenti di incrementi quantizzati che corrispondono alle differenze energetiche tra i livelli rotazionali o vibrazionali della molecola.

Nella figura

 

330px Raman energy levels.svg 1Sono rappresentate le energie dei livelli fondamentale e primo livello eccitato.

Interazione fotone e molecole

Quando un fotone con energia hνo interagisce con la molecola possono verificarsi due casi:

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1) la frequenza della radiazione incidente è adatta a provocare una eccitazione elettronica e la molecola passa quindi a occupare uno stato stazionario (assorbimento elettronico)

2) la frequenza della radiazione non è adatta a produrre un assorbimento elettronico e la molecola passa ad occupare uno stato instabile che non è stazionario. In questo caso la molecola non può rimanere in questo stato per lungo tempo e diffonde, quindi energia. Se il fotone diffuso ha la stessa energia del fotone di eccitazione si origina la diffusione Rayleigh. Se, però, la molecola invece di ritornare allo stato vibrazionale eccitato ν = 0 cede energia fino a raggiungere  lo stato vibrazionale eccitato ν = 1 l'energia del fotone della radiazione diffusa è uguale a:

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hνo  – hν1 = h (νo  – ν1)

essendo ν1 la frequenza di vibrazione relativa alla transizione ν= 0 → ν= 1.

Linea Stockes

Nello spettro della radiazione diffusa, oltre alla linea Rayleigh compare, a frequenza inferiore, anche la linea Raman chiamata linea Stokes.

L'ultima possibilità è che la molecola, inizialmente nel livello vibrazionale eccitato ν= 1, passi allo stato instabile con energia hνo  +  hν1 e per diffusione ritorni al livello ν= 0. In questo caso il fotone della radiazione diffusa ha energia:

hνo  +  hν1  =  h (νo  + ν1)

e la linea spettrale ha lunghezza d'onda inferiore e frequenza maggiore della radiazione incidente (linea anti-Stokes).

Il segnale più marcato e netto corrisponde a quello di Rayleigh, tuttavia i picchi di Stokes e di anti-Stokes sono quelli che forniscono il maggior numero di informazioni utili ai fini dell'indagine. La loro intensità dipende dalla probabilità di Boltzman di trovare un elettrone su un livello ν= 1 e su ν= 0. Da ciò si ottiene che il rapporto fra le due popolazioni elettroniche è pari a:

N(ν = 1)/ N(ν = 0) = e– ΔE/KT

Dove K è la costante di Boltzman e T è la temperatura di esercizio. Il segnale anti-Stokes risulta così meno intenso rispetto a quello di Stokes.

 

eknrf2cs 1Le linee Stokes e anti-Stokes sono disposte simmetricamente rispetto alla linea Rayleigh. La differenza in energia rispetto a quest'ultima corrisponde all'energia acquistata o ceduta dalla molecola nel variare il livello vibrazionale iniziale.

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Tags: effetto Ramanlinea Stokeslunghezza d'onda

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Massimiliano Balzano, ideatore e creatore di questo sito; dottore di Scienza e Ingegneria dei Materiali presso l’Università Federico II di Napoli. Da sempre amante della chimica, è cultore della materia nonché autodidatta. Diplomato al Liceo Artistico Giorgio de Chirico di Torre Annunziata.


Maurizia Gagliano, ha collaborato alla realizzazione del sito. Laureata in Chimica ed iscritta all’Ordine professionale. Ha superato il concorso ordinario per esami e titoli per l’insegnamento di Chimica e Tecnologie Chimiche. Docente.

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