Absorción da radiación electromagnética pola auga

A absorción da radiación electromagnética pola auga depende do estado desta última : líquido, vapor ou xeo.

A absorción de gases prodúcese en tres rexións do espectro electromagnético. As transicións de rotación da molécula actúan no microondas e no dominio infravermello afastado. As transicións vibracionais actúan no infravermello medio e próximo. As bandas correspondentes teñen unha fina estrutura ligada á rotación. As transicións electrónicas inflúen na rexión ultravioleta.

A fase líquida carece de espectro de rotación pero absorbe en longas lonxitudes de onda. A baixa absorción visible na rexión de 400 a 500 nm confire á auga certa cor azul, aínda que é maiormente transparente (a auga do mar é totalmente azul cando reflicte o ceo azul, e roxa ou laranxa cando reflicte os crepúsculos).

Todas as fases da auga xogan un papel importante no equilibrio radioactivo da Terra que contribúe ao clima. Constitúen un obstáculo para a observación astronómica ou para a observación da superficie terrestre dende o espazo pero contribúen ao coñecemento da atmosfera mediante medicións remotas.

 Visión xeral do tema 
A molécula de auga en estado de vapor ten tres tipos de transicións que levan á absorción:

 transicións de rotación desde o IR próximo (50 μm) ao dominio microondas ;
 transicións vibracionais na media IR, desde a banda μ ao redor de 6 μm ata a banda X a 2,9 μm ;
 transicións electrónicas en UV.

A vibración vai acompañada de transicións de rotación que dan un espectro de rotación-vibración. Ademais, os parciais (acústicos) aparecen no IR próximo. A base de datos HITRAN lista máis de 64.000 transicións.

Na auga líquida as transicións de rotación desaparecen pero aparecen as bandas ligadas aos enlaces de hidróxeno.

No xeo, o espectro de rotación tamén se modifica por enlaces de hidróxeno e ademais aparecen fonóns ópticos no IR. As transicións electrónicas mostran unha estrutura fina relacionada coas transicións vibracionais e rotacionais.

 Espectro rotacional 
dereita|miniatura|300x300px| Parte do espectro de rotación.
esquerda|miniatura|100x100px| Molécula de H2O en rotación
A molécula de auga é un peón asimétrico (en tipoloxía das espectroscopias rotacionais, en francés toupie asymétrique) cos seus tres momentos de inercia diferentes. Debido á ausencia de simetría, pódese observar un gran número de transicións no dominio IR próximo. A medición precisa do espectro de microondas permitiu fixar a lonxitude do enlace O - H en 95,84 ± 0,05 µm e o ángulo H - O - H en 104,5 ± 0,3 graos. O cálculo ab initio dá un valor de 104,4776 graos..

 Espectro vibracional 
A molécula de auga ten tres modos fundamentais de vibración molecular. Os modos de vibración cortante de O - H levan a bandas de absorción con cabeza de banda en 3657 cm −1 (ν 1, 2.734 μm) e 3756 cm −1 (ν 3, 2.662 μm) na fase gasosa. A vibración de simetría de rotación asimétrica C 2v é un modo normal de vibración. O modo de corte H - O - H comeza en 1595 cm −1 (ν 2, 6.269 μm). Aínda que os modos de corte e elongación teñen a mesma simetría A 1, os seus espectros non se superpoñen. Nas tres bandas observamos unha fina estrutura de rotación. ν 3 ten unha serie de parciais en números de onda inferiores a n ν 3, n = 2,3,4,5. . . Superposicións como ν 2 + ν 3 son visibles no próximo infravermello.

A presenza de vapor de auga na atmosfera xoga un papel importante, particularmente na rexión infravermella. Os modelos estándar usan bandas de absorción a 0,718 μm (visible), 0,810 μm (banda α), banda 0,935 μm), 1,13 μm (banda ρστ), 1,38 μm (banda φ), 1,88 μm (banda)), 2,68 μm (Ω) banda), 2,90 μm (banda X). Os buratos entre estas bandas definen as xanelas pasantes da atmosfera terrestre.

 Auga na rexión visible 
+Lonxitudes de onda calculadas para parciais de banda e as súas superposicións para auga líquida no visible. ν 1, ν 3 ν 2 lonxitude de onda / nm 4 0 742 4 1 662 5 0 605 5 1 550 6 0 514 6 1 474 7 0 449 7 1 418 8 0 401 8 1 376
As medicións de absorción no visible cun medidor de absorción de cavidade integrante (ICAM) permitiron atribuílo a unha serie de bandas parciais e solapamentos de intensidade decrecente en cada paso, dando un mínimo de 418 nm, valor no que o coeficiente de absorción é 0,0044 m −1 . Este valor corresponde a un curso, percorrido ou camiño libre medio de 227 metros.
miniatura|esquerda|350x350px|Coeficiente de absorción de auga pura no visible en función da lonxitude de onda.

 Ondas de microondas e radio 
O espectro de rotación esténdese á rexión de microondas. A absorción prodúcese nun amplo rango carente de singularidades, atribuído ao enlace de hidróxeno.

Esta propiedade úsase nos fornos de microondas que normalmente usan a banda ISM ás 2.45 GHz (lonxitude de onda 122 mm).

Por outra banda, constitúe unha dificultade para as comunicacións subacuáticas, especialmente porque o sal disolto aumenta a absorción.

 Vapor de auga na atmosfera 

O vapor de auga é un gas de efecto invernadoiro que contribúe co 70% á absorción solar da atmosfera e ao redor do 60% da radiación emitida pola superficie (excluíndo a difusión por partículas líquidas ou sólidas). Constitúe un elemento importante das imaxes espectrais empregadas na teledetección porque a absorción é variable coa canle. É tamén de importancia en radioastronomía e astronomía infravermella. O Telescopio do Polo Sur foi construído na Antártida debido ao baixo contido de vapor de auga debido ás baixas temperaturas.

A xanela IR próxima a 8 e 14 μm úsase para a imaxe por infravermellos da superficie terrestre desde a órbita. A absorción e emisión tamén poden ser un activo para a medición ex situ dun satélite.

En altitude, a auga existe en forma líquida ou sólida. A absorción e dispersión da radiación xogan un importante papel climático.

 Notas 

Categoría:Espectroscopia
Categoría:Auga
Categoría:Física de partículas
Categoría:Clima
Categoría:Física química