Előadást letölteni
Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon
KiadtaHenrik Szabó Megváltozta több, mint 10 éve
1
6. A MOLEKULÁK REZGŐ MOZGÁSA
2
6.1. A két tömegpontból álló harmónikus oszcillátor
3
Modell: harmónikus oszcillátor Atommagokból álló pontrendszer, amely oszcillátor (minden tömegpontja az összes többihez rugóval kapcsolódik, megmozdítva rezeg) harmónikus (a rezgés során a tömegpontok kitérése arányos a rájuk ható erőkkel)
4
Legegyszerűbb modell: a két tömegpontból álló harmónikus oszcillátor Rezgésének jellemzői: - erő - potenciális energia - rezgési frekvencia
5
Erő Hooke-törvény: d e : egyensúlyi távolság d : aktuális távolság k : a rugó állandó q : megnyúlás negatív előjel: a megnyúlás és az erő egymással ellentétes irányú
6
Potenciális energia
7
A rezgési frekvencia : saját frekvencia : redukált tömeg levezethető, hogy
8
6.2. A kétatomos rezgő molekula Schrödinger-egyenlete
9
Kinetikus energia Mivel a mozgás csak egy irányba történik (jelöljük q-val!)
10
Potenciális energia
11
Az oszcillátor Schrödinger- egyenlete A differenciálegyenlet megoldható!
12
A saját érték V : rezgési kvantumszám, lehetséges értékei: 0, 1, 2, … : az oszcillátor saját frekvenciája
13
Energiaszintek EvEv
14
A rezgési energiaszintek ekvidisztánsak, azaz egyenlő távolságra vannak egymástól. Ha v = 0, akkor is van rezgési energia: „zérusponti rezgési energia”. EvEv
15
Sajátfüggvények. Kétatomos harmónikus oszcillátor potenciálgörbéje A parabola:
16
Kiválasztási szabályok a.) b.)
17
Kiválasztási szabályok a.) b.)
18
Kiválasztási szabályok a.) b.) Bármelyik állapotból történik az átmenet, az abszorpciós frekvencia ugyanaz. Megegyezik az oszcillátor saját frekvenciájával.
19
A közelítések tökéletlenek 1. A kétatomos molekulák rezgőmozgása nem teljesen harmónikus. Ezek a frekvenciák nem esnek teljesen egybe, egy picit eltérnek egymástól. Szobahőmérsékletű gázoknál (pl. CO, HCl) a molekulák túlnyomó többsége alapállapotban van, az észlelt átmenetek 0->1-nél vannak.
20
A közelítések tökéletlenek 2. A rezgő mozgást nem lehet teljesen szeparálni a forgó mozgástól. Foton elnyelésénél a rezgési és forgási energia is változik. Rezgési-forgási átmenetek kiválasztási szabálya: (a forgási kvantumszám!)
21
A HCl-gáz rezgési-forgási spektruma P-ág :Q-ág:R-ág:
22
6.3. A normálkoordináta-analízis
23
Modell: harmónikus oszcillátor 3 vagy több tömegpont minden tömegpont az összes többivel össze van kötve rugóval megmozdítás után harmónikus rezgést végez
24
Normál rezgések A többpontos oszcillátor rezgőmozgása bonyolult. Felbontható 3N-6 normál rezgésre. (N az atomok száma) Egy normálrezgésben az összes pont azonos frekvenciával rezeg azonos fázisban rezeg
25
Belső koordináták A rezgő mozgás tárgyalható Descartes- koordinátákban. Molekulákra szemléletesebb belső koordinátákat használni. Belső koordináták száma: 3N-6.
26
Belső koordináták A rezgő mozgás tárgyalható Descartes- koordinátákban. Molekulákra szemléletesebb belső koordinátákat használni. Belső koordináták száma: 3N-6.
27
Belső koordináták A rezgő mozgás tárgyalható Descartes- koordinátákban. Molekulákra szemléletesebb belső koordinátákat használni. Belső koordináták száma: 3N-6.
28
Belső koordináták A rezgő mozgás tárgyalható Descartes- koordinátákban. Molekulákra szemléletesebb belső koordinátákat használni. Belső koordináták száma: 3N-6.
29
Belső koordináták A rezgő mozgás tárgyalható Descartes- koordinátákban. Molekulákra szemléletesebb belső koordinátákat használni. Belső koordináták száma: 3N-6.
30
Mátrix szorzás Az eredmény 1 db szám. 3N-6
31
A rezgő mozgás kinetikus energiája : belső koordináták deriváltja (3N-6-os sormátrix) G : (? Mátrix) Elemei a molekulageometriából és az atomi tömegekből számíthatók. : belső koordináták deriváltjai (3N-6-os oszlopmátrix)
32
A rezgő mozgás potenciális energiája Az erőállandó kvantumkémiai számítással határozható meg. F : erőállandó mátrix, a potenciális energia belső koordináták szerinti második parciális deriváltja
33
Normálrezgések frekvenciájának számítása L-mátrix : (3N-6-os) q : a belső koordináták Q : az ún. normálkoordináták (normál rezgések alakja) L-mátrix azt jellemzi, hogy az egyes normál-rezgésekben a különböző belső koordináták milyen arányban vesznek részt.
34
A frekvenciákat a mátrix tartalmazza Átlós mátrix, az átlón kívüli elemek 0-k.
35
A kinetikus és a potenciális energia normálkoordinátákkal kifejezve
36
6.4 A többatomos molekulák rezgésének Schrödinger-egyenlete
37
Normálkoordinátákban célszerű felírni, mivel így összeg alakú lesz. Szétbontható normál rezgésekre. i-edik normál rezgésre: A differenciálegyenlet megoldható. Hasonlít a kétatomos molekuláéra.
38
Megoldások Sajátérték: Sajátfüggvény: saját fgv. is kijön
39
Megoldás az összes normál rezgésre Sajátérték:Sajátfüggvény: : produktum, a tényezők szorzatára utal
40
Megoldás az összes normál rezgésre Sajátérték:Sajátfüggvény: : produktum, a tényezők szorzatára utal megadja az atomok tartozkodási valószínűségét a tér különböző pontjaiban, az adott rezgési állapotban. függvények tükrözik a molekula szimmetriáját, azaz valamelyik szimmetria speciesbe sorolhatók.
41
Kiválasztási szabályok a.) egy foton elnyelésével csak 1 normálrezgés gerjeszthető b.) a molekulának nem kell permanens dipólusmomentummal rendelkeznie! (E nélkül is lehet észlelni rezgési átmeneteket, pl. szén-tetraklorid, benzol) c) A átmeneti momentum elemzésével kimutatható, hogy azok a normál rezgések gerjeszthetők, amelyek ugyanabban a szimmetria speciesbe esnek, mint T x, T y vagy T z.
42
A C 2v csoport karaktertáblázata
43
Példa: formaldehid molekula normálrezgései
44
Rezgési frekvenciák [cm -1 ] 1 2780 e 2 1744 ie 3 1503 ie 4 1167 gy 5 2874 gy 6 1167 gy
45
6.5 Infravörös színképek
46
Rezgési átmenetek: Az infravörös tartományba esnek =2-100 mm. Spektrum ábrázolása: Vízszintes tengelyen helyett hulllámszám ( * [cm -1 ]) Értéke 4000-400 cm -1 Függőleges tengelyen intenzitás abszorbancia transzmittancia Minta: gáz, folyadék, oldat, szilárd anyag.
47
Metángáz infravörös színképének részlete
48
Ammóniagáz infravörös színképe
49
Kristályos acetanilid infravörös színképe KBr pasztillában
50
6.6 Fourier transzformációs infravörös spektroszkópia
51
A Fourier-transzformáció (matematikai összefoglaló) Fourier-transzformáció továbbiakban FT. Két függvényt kapcsol össze, amelyek független változóinak dimenziói egymással reciprok viszonyban vannak. Például: idő-frekvencia Inverz FT: visszaállítja az eredeti függvényt.
52
Legegyszerűbb változat: Fourier-sor Példa: sin függvény. Egyetlen frekvencia jellemzi: o =1/T és egyetlen amplitúdó, A. Időtartományban: Frekvenciatartományban:
53
Legegyszerűbb változat: Fourier-sor Példa: cos függvény. Egyetlen frekvencia jellemzi: o =1/T és egyetlen amplitúdó, B. Időtartományban: Frekvenciatartományban:
54
Periodikus függvények Fourier sora Mindegyik periodikus függvény felírható sin és cos függvényekből álló sorként. Szimmetrikus (páros) periodikus függvények sora: Antiszimmetrikus (páratlan) periodikus függvények sora: Aszimmetrikus(sem páros, sem páratlan) periodikus függvények sora:
55
Együtthatók: o = a T periódusidő reciproka. A Fourier-sor tagjainak periódusideje T, T/2, T/3 stb. (felhangok)
56
Fourier-sor felírása Euler-formulával C(k) a komplex együttható: (k): fázisszög
57
Példa: függvény Időtartományban: Frekvenciatartományban:
58
Példa: függvény Frekvenciatartományban: Ha T nő, o =1/T csökken, a vonalak sűrűsödnek. Határesetben a függvény nem periodikus, o = 0, a vonalak végtelen sűrűn helyezkednek el, azaz folytonos függvényt adnak. Az összegzést integrálás váltja fel.
59
Inverz Fourier-transzformáció (Frekvenciatartományból időtartományba transzformálás)
60
Fourier-transzformáció (Időtartományból frekvenciatartományba transzformálás)
61
6.7 A Fourier-transzformációs spektrométerek
62
Michaelson-interferométer
63
Interferogram: Spektrum:
64
Acetongőzről készült interferogram
65
A Fourier-transzformációval kapott spektrum
66
A spektrum a háttérrel történő osztás után
Hasonló előadás
© 2024 SlidePlayer.hu Inc.
All rights reserved.