Что произойдет, если квант света упадет на молекулу? Если энергия кванта в точности равна разности энергий между какими-то двумя энергетическими уровнями, которые может занимать электрон, то он присвоит эту энергию и запрыгнет на более высокий уровень. А что это значит? Это значит, что свет данной энергии (то есть данного цвета) поглотится веществом. Потом электрон вернется в исходное положение, а выделившаяся энергия пойдет на нагревание вещества. А что будет, если энергия кванта света меньше или больше разности энергий электронных «полочек»? В этом случае квант пролетит мимо электрона.
Но ведь зная, какие световые волны поглощаются веществом, мы можем определить важные энергетические характеристики соединения, узнать, на какой высоте располагаются «полки» для электронов! Определить, при какой длине волны свет поглощается, проходя через вещество, нетрудно — у физиков есть для этого точные приборы.
Если, пропуская свет через раствор того или иного вещества, получить на специальном приборе зависимость поглощения света от длины его волны, то такой спектр может много рассказать и о внутреннем устройстве молекулы и о распределении в ней электронов по уровням.
Еще более ценны спектры поглощения веществ в инфракрасной области. Тут поглощение связано с колебаниями атомов в молекуле друг относительно друга. Стоит химику взглянуть на инфракрасный спектр вещества, как он по наличию или отсутствию полос в соответствующих местах может определить, есть или нет в молекуле кетонная, нитрильная, гидроксильная и многие другие группы. Вот как химики теперь узнают строение полученных ими соединений.
Вещества могут поглощать не только свет, но электромагнитные волны в диапазоне радиочастот — длиной порядка метра. Метод, основанный на таком поглощении, называется ядерным магнитным резонансом. Очень грубо смоделировать принцип магнитного резонанса нам поможет… обычный детский волчок.
Пустите по полу вращающуюся детскую юлу. Обратите внимание — ось волчка смотрит в строго заданном направлении. Отклоните ось от вертикали. Ось медленно начнет крутиться вокруг вертикального направления. Это явление называется прецессией. Теперь начните в такт вращения подталкивать ось рукой. Вы увидите, что угол отклонения от вертикали увеличится. Следовательно, волчок поглощает энергию, подводимую извне рукой.
А теперь мысленно заменим вращающийся волчок ядром атома водорода — протоном. Оказывается, в магнитном поле с протоном происходят явления, по физическому характеру сходные с прецессией волчка. В опыте с волчком мы подталкивали его рукой. Когда речь идет о протоне, ту же роль играют колебания магнитного поля.