Оглавление:
Колебательные спектры
- Вибрационный спектр Полоса, связанная с уровнем возбуждения колебательной энергии, находится в спектральной области приблизительно 200-300-4000-5000 см-1, что соответствует квантовой энергии 3-60 кДж / моль. Таким образом, при нормальных температурах энергетическое состояние молекулы в принципе характеризуется основным уровнем вибрации.
- Простейшей моделью, используемой при рассмотрении колебаний двухатомных молекул, является модель гармонического осциллятора. Кривая потенциальной энергии гармонического осциллятора обычно аппроксимируется параболой (рис. 3.4, кривая /). Применение квантовой теории к такой системе показывает, что ее энергия может быть найдена с помощью уравнений £ count = (V + 72) M> 0, (3.6) Где V — колебательное квантовое число со значениями 0, 1, 2, 3, …
Это система двух масс, связанных силой упругости. Людмила Фирмаль
Уравнение (3.6) показывает, что в основном состоянии V = 0 генератор имеет энергию так называемого колебания нулевой точки. Это важный результат квантового подхода. Такие правила выбора системы допускают следующий переход. рых DE = ± 1. (3.7) Сравнение урана (3.6) и (3.7) показывает, что расстояние между двумя соседними энергетическими уровнями гармонического осциллятора постоянно и равно hv0.
Это означает, что для всех разрешенных переходов они поглощаются. Или количество энергии, выпущенной „„ ТЭС, 1 / lg Рис. 3.4. Потенциальная кривая Атомы и молекулы наблюдаются только двумя способами: частота v0 и спектр, энергия и уровень энергии. Только одна полоса.
Частота, характеризующая эту полосу, определяется уравнением 1 _ / «L Vo = * T V W ‘ 1 1 » Где М — приведенная масса, определяемая как — = — + j — L, где m и м2 — массы ядер. / (-Постоянная мощность n- AM 2 Но я. Константа силы может быть связана с силой связи молекулы. Фактическая молекулярная вибрация является ангармонической, а кривая молекулярной потенциальной энергии является более сложной (рис. 3.4, кривая 2).
Энергия ангармонического осциллятора рассчитывается по формуле £ k0 = (V + y2) ftvo- + ‘/ r) 2, (3.8) Где D — энергия диссоциации молекулы. Уровни энергии ангармонических осцилляторов сближаются друг с другом с увеличением квантового числа, как показано в уравнении (3.8): Для ангармонических осцилляторов разрешены переходы между произвольными уровнями.
Самым сильным в спектре является первая полоса, возникающая при переходе от V = 0 к V = 1. Эта полоса соответствует основной частоте или основной частоте. Полосы низкой интенсивности создают обертоны. То есть частота, которая характеризует переход от уровня V = 0 к уровню V = 2 (первая гармоника или вторая гармоника). Уровень V = S (2-я гармоника или 3-я гармоника) и т. Д.
Не все молекулы имеют вибрационный инфракрасный спектр, и следует отметить только те, чей электрический дипольный момент изменяется во время вибрации. Например, такие молекулы, как HC1 и HBr, имеют ИК-спектры, но не H2 и 02. Относительно простой колебательный или вращательный спектр двухатомных молекул обусловлен тем, что колебания происходят только вдоль линии, соединяющей ядра.
В многоатомной молекуле происходят все атомные колебания. Это связано с тем, что число колебательных степеней свободы для нелинейных молекул, состоящих из N атомов, составляет 3N-6, а для линейных 3N-5 не хватает одной вращательной степени свободы. Обычно сложная диаграмма колебаний многоатомной молекулы представляется в виде так называемой суперпозиции нормальных колебаний.
- Нормальная частота Определяемая положением полос в ИК-спектре, амплитуда колебаний определяет интенсивность этих полос. Число нормальных колебаний явно равно числу степеней свободы вибрации, поэтому общая форма молекулярной вибрации представляет собой суперпозицию нормальных колебаний 3 / V-6 (или 37V-5). Классификация нормальных вибраций обычно различает валентные и невалентные или деформационные колебания.
Если нет значительного изменения угла между связями и есть изменение в длине связи, вибрация называется валентностью. Валентные колебания обозначены буквой v. Колебания с изменением угла между связями называются не валентностью или деформацией и обозначаются буквой 6. 3.5
Вы можете видеть нормальную форму вибрации молекул воды. Людмила Фирмаль
Поскольку Н20 является нелинейной трехатомной молекулой, число колебательных степеней свободы, равное нормальной частоте, составляет 3N-6 = 3-3-6 = 3. Стрелка 3.5 на рисунке указывает направление смещения ядер от положения равновесия. Рисунки 3.5a и b показывают, что изменение длины валентной связи O-H происходит при почти постоянном значении угла HH в результате вибрации.
Это растягивающие вибрации vi и v2. Рисунок 3.5, Атомная вибрация вызывает изменение угла HOH. Такая вибрация называется деформацией 6. Колебательный спектр многоатомной молекулы интерпретируется на основе теории молекулярной симметрии и теории групп, и математическая система теории групп может рассчитывать частотные числа и правила отбора для молекул с различной симметрией.
Такая информация имеет большое значение при определении молекулярных констант, изучении структуры молекул и т. Д. И относительно неэффективна при решении задач химического анализа. Для решения этих проблем используются так называемые характеристические частоты. Анализ ИК-спектров показал, что некоторые наблюдаемые частоты можно сопоставить с колебаниями отдельных атомов или групп атомов.
Так, например, спектр всех молекул, содержащих связи C — H, включает частоты в области 2800-3000 см-1, связи C = C — частоты 1650 см-1, а связи C = C — 2100 см ~ ‘. Такая частота была названа характеристикой. Они широко используются в практической спектроскопии для определения структуры молекул и проведения качественного анализа ИК-спектров. Рис.3.5 Нормальная форма колебаний молекулы H2O \ B а) 0) б)
Смотрите также:
Решение задач по аналитической химии
| Происхождение спектров поглощения | Электронные спектры |
| Вращательные спектры | Интенсивность поглощения |
