Espectro de absorção da água

 

Água e aquecimento global

A água é o principal absorvedor da luz solar na atmosfera. Os 13 milhões de milhões de toneladas de água na atmosfera (~ 0,33% em peso) é responsável por cerca de 70% de todos os absorção atmosférica da radiação, principalmente na região do infravermelho onde a água apresenta absorção forte. Contribui significativamente para o efeito estufa garantindo um planeta quente habitável, mas opera um efeito de feedback negativo, devido a formação de nuvens refletindo a luz solar de distância, para atenuar o aquecimento global. O conteúdo de água da atmosfera varia cerca de 100 vezes entre os trópicos quentes e úmidos e frios e secos desertos de gelo polar.

Espectros de absorção de água, gasoso, líquido e sólido

 

O espectro de absorção de água é muito complexo.Espectroscopia de vapor d'água foi recentemente revista [ 348 ]. descrito aqui .

 

Aumentando a pressão sobre a água diminui o O · · · · distâncias O ( gráfico em outro lugar ), de modo a aumentar as distâncias OH covalente e diminuindo sua freqüência esticar [ 804]. Pressão elevada também provoca uma redução no comprimento, ligações fracas ou quebradas e um aumento na dobrados e curtas, ligações de hidrogênio fortes [ 804 ]. 

 

As bandas overtone de água (~ 1100 nm - 2500 nm, em uma disciplina científica conhecida como AquaPhotomics) foram mostrados para ser bom discriminatórias e não-destrutiva, os indicadores de mudanças na estruturação aquosos no diagnóstico de doenças e conformação de proteínas e ter ajudado a compreensão do papel da água em sistemas biológicos [ 1615a ]. Um banco de dados de tais interações está sendo construído [ 1615b ].

 

Os espectros de variantes isotópica da água (por exemplo, HDO, D 2 O e H 18 O) são todos diferentes, em especial os HO (~ 3.400 centímetros -1 ) e DO (~ 2.500 centímetros -1 vibrações) que se estende não são conectados em HDO, mas as vibrações relacionados em H 2 O e D 2 O envolvem tanto os átomos de hidrogênio.

 

Atribuição do espectro de absorção IR vibracional de wate líquido r *
Comprimento de onda
centímetros-1
Atribuição
 
Comprimento de onda **
centímetros-1
Atribuição
0,2 milímetros 50 dobrar intermolecular   1470 nm 6800 um 1 + b 3 ; a + b = 2
55 mM 183,4 estiramento intermolecular   1200 nm 8330 um 1 + 2 + b 3 ; a + b = 2
25 mm 395,5 1 , librations   970 nm 10310 um 1 + b 3 ; a + b = 3
15 mm 686,3 2 , librations   836 nm 11960 um 1 + 2 + b 3 ; a + b = 3
6,08 mM 1645 2 , dobre   739 nm 13530 um 1 + b 3 ; a + b = 4
4,65 mM 2150 2 + L 2 b   660 nm 15150 um 1 + 2 + b 3 ; a + b = 4
3,05 mM 3277 1 , estiramento simétrico   606 nm 16500 um 1 + b 3 ; a + b = 5 [ 526 ]
2,87 mM 3490 3 , estiramento assimétrico   514 nm 19460 um 1 + b 3 ; a + b = 6 [ 526 ]
1900 nm 5260 um 1 + 2 + b 3 ; a + b = 1  
Note-se que a e b são inteiros, ≥ 0 ms.

*Picos Raman são dadas em [ 805]. 
**Comprimento de onda (nm) = 10 7 número de ondas / (cm -1 ) (3,3 nm ~ attosecond)

 

Infravermelho próximo (NIR) bandas (cerca de 970-1940 nm λ) são adequados para determinação de água rápida não-destrutivos [ 479], Todos mudando um pouco a mais nm de comprimento de onda (menor freqüência) com o reforço de ligações de hidrogênio, devido a mudanças de água de alta densidade (isto é, aumentando CS) à água de baixa densidade (isto é, aumentando ES) [ 489]. 

Um ombro em cerca de 3.250 centímetros -1 do lado do pico só fortemente ativos Raman, e recentemente descrito no espectro IR em 3220 centímetros -1 [ 699 ], (simétricas OH trecho, 1 ) de água líquida foi atribuído a o coletivo em fase de vibrações simétricas OH fortemente manchas de água tetrahedrally-ligado. 

A relação deste com o pico restantes em cerca de 3400 centímetros -1 tem sido utilizado para determinar a fração de água tal, mas essas comparações, apesar de comumente usados, devem ser tratados com cautela, como seu absorbâncias não são susceptíveis de ser idênticos e outros possíveis vibrações , como a primeira curva ( 2 ) tom, irá interferir. 

Este pico restantes tem sido analisado de várias formas (por exemplo, como zero, água individuais, duplos e triplos coordenada de hidrogênio-ligado), mas mais convincente em termos de três coordenadas (doador aceitador casal único, 3.400 centímetros -1 ; dupla aceitador única doadores, 3.535 centímetros -1 ) e duas coordenadas (doador aceitador único solteiro, 3.630 centímetros -1 ) hidrogênio-ligados moléculas de água [ 699 ].

 Há, claramente, muito mais informação estrutural escondidos nos espectros vibracionais de água, mesmo que apenas pode ser interpretado de forma inequívoca ( ver página métodos ). Algum sucesso foi recentemente feita usando espectroscopia de infravermelho médio femtosegundo não-linear [ 189 , 190 ] e os espectros Raman teórico de clusters de água [ 483]. 

 

Em água líquida e gelo a espectros de infravermelho e Raman são muito mais complexos do que o vapor, devido à conotação vibracional e combinações com librations (rotações restrito, ou seja, balançando movimentos). Estes são librations devido às restrições impostas pela b

 

Uma contribuição para o espalhamento Raman da água a 50 cm -1 (1,5 THz) tem sido atribuída às vibrações de baixa freqüência de oxigênio-oxigênio nos vértices de estruturas pentagonais dodecaédrico [ 165 ] ou, simplesmente, O · · · · O · · · · O movimentos de flexão [ 901]. Tais características de baixa freqüência (centrada em torno de 60 centímetros -1, 1,8 THz) também são observados nos espectros de denso não-associados líquidos, tais como os gases nobres, e pode ser atribuído aos "efeitos gaiola 'não-ligadas onde traduções são frustrado [ 448]. Este mesmo efeito, no entanto, também pode operar dentro de consistente "efeitos gaiola" de hidrogénio ligados com os 60 cm -1 banda de absorção [900 ]. 

Mais uma confirmação da fonte de hidrogênio-ligação para este absorção vem do uso de uma fonte intensa de radiação infravermelho distante mostrando picos de temperatura dependente de um número de comprimentos de onda na centímetros 40-90 -1 (1,2-2,7 THz) intervalo [ 656]. 

O espectro infravermelho funciona na banda de β-relaxamento (~ 0,2 THz, devido ao barulho de moléculas em uma gaiola em torno de moléculas) e absorção devido à radiação de microondas em comprimentos de onda mais longos. 

Este interage com a água dipolo, movendo-se as moléculas frente e para trás e assim esticando e dobrando as ligações de hidrogênio, que gera calor. 

Se a radiação é muito alto em uma freqüência (> 1000 GHz, λ <0,3 mm), as moléculas não têm tempo para reagir às mudanças do campo eletromagnético e não o calor é gerado. 

Se a radiação é em freqüências mais baixas (<1 GHz, λ> 30 cm), as moléculas reagem às mudanças do campo eletromagnético, mas tão lentamente que efetivamente nenhum calor é gerado. Água pura é quase totalmente transparente à radiação de frequência baixa. 

O máximo de absorção varia em freqüências mais altas em temperaturas mais altas quando a ligação mais fraca de hidrogénio permite uma resposta mais rápida às mudanças no campo [ 136 ]. Fornos de microondas usam tipicamente radiação em 2,450 GHz (λ centímetros 12.24). Mais detalhes sobre a resposta da água à radiação de microondas estão disponíveis em outra página .

 

Ânions podem ser classificados como kosmotropes ou chaotropes de acordo com a forma como o efeito de vibrações da água stretch; kosmotropes iônicos (por exemplo, F - ), causando ampliação e movimento para números de onda menores enquanto chaotropes (por exemplo, eu - ), causando estreitamento e movimento para números de onda mais elevados [758]. 

Principalmente este parece devido a capacidade da água de ligação de hidrogênio para os ânions. Os espectros vibracionais de H 3 O - e H 5 O + são descritos em outra página .

 

A absorção estruturação relatados de som pela água não é geralmente aceite. 

Os espectros visíveis e UV de água líquida

Absorção coeficientes d para a água


A água é quase perfeitamente transparente à luz "visível", uma propriedade que é feito bom uso do por meio da fotossíntese e permitindo a produção de biomassa e oxigênio. Água é muito pouco na cor azul [ 131 ] ccomo tom e bandas combinação vibracional de absorção (embora muito menos intensa, veja acima [ 130 ]) se estendem através da parte vermelha do espectro visível com um pequeno pico em 739 nm e 836 nm no ombro, ambos variando um pouco com a temperatura [ 268 ] mais um menor overtone quarto do 1 : 3 estiramento em 606 nm, e muito pequenas overtone quinto (a 514 nm) e overtone combinado (a 660 nm) bandas. 

Este espectro de absorção de água (luz vermelha absorve 100 vezes mais do que a luz azul), juntamente com os tempos de cinco maior dispersão da luz azul sobre a luz vermelha, contribui para a cor azul do lago, rio e as águas do oceano. Sílica coloidal pode contribuir para a cor azul excepcional de certas, muitas vezes hidrotermais, piscinas e lagos [ 372 ]. 

Gelo também é azul [ 159 ], por razões semelhantes, mas líquidos D 2 O não absorve na região vermelha (como a banda de absorção é deslocada para o infravermelho) e é azul apenas por causa do efeito de espalhamento de luz [ 159 ].

 

Embora as absorções das bandas água overtone dentro do espectro visível são muito pequenas (~ 0,3-0,01 m -1 ), eles são suficientes para criar nichos espectral entre os organismos fotossintéticos, assim direcionando a ecologia e evolução de água [ 1281 ].

 

O primeiro pico na UV muito de água gasosa (166,5 nm [ 902], Azul mostrado a luz no espectro acima ) é devido à excitação do p ocupada 2 -molecular do tipo 1 orbital   (orbitais interativas disponíveis, apenas COW [ Plug-in ,ActiveX ]). 

Absorção de UV close-por (~ 125 nm), excita a uma uma orbital levando à dissociação em OH + H (fotodissociação; maior absorção de energia produz fragmentos cobrado [ 1299]). Tal dissociação também pode ser alcançado por absorção consecutivos de dois fótons 266 nm [ 589]. 

Absorção de dois fótons de energia mais altos, a 200 nm, dê origem a um elétron hidratado por H 2 O + hν ->2 O + + e aq [ 1057]. Estudos inelástica x-ray espalhamento encontrar este pico distante UV estar ausente na água líquida [ 355 ], onde o pico maior é em cerca de 56 nm. 

 

 

TUDO PARA PESQUISA, ACESSE AQUI O BUSCADOR ACADEMICO