7 -ma’ruza. Infraqizil nurlarni yutilish spektrlari ikki atomli molekulaning tebranishi

INFRAQIZIL SPEKTROSKOPIYaNING QO’LLANILIShI.
Har bir tebranish modasi molekulaning hamma yoki bir qism atomlarini shu harakatga jalb qiladi, lekin tebranishning ba’zi xilida hamma atomlar taqriban bir xil masofaga siljiydi, boshqa xilida esa atomlarning kichkina guruhsi boshqalariga nisbatan ancha ko’p siljiydi. Mana shu belgiga qarab normal tebranishlarni ikkiga ya’ni molekula gavdasining (skletining) tebranishlari va xarakteristik (funksional) guruhlarning tebranishlariga ajratish mumkin. Molekulaning gavdasi tebranganda uning hamma atomlari bu tebranishda bir xilda qatnashadi, xarakteristik guruh tebranganda esa molekulaning bir guruh atomlari harakatga keladi. Bu tebranishlarni alohida-alohida qaraymiz.
Molekula gavdasi tebranishlarining chastotasi odatda, 1400 - 700 sm^-1 oraliqqa to’g’ri keladi va molekuladagi chiziqli hamda tarmoqlangan zanjirli strukturaga (tuzilishga) tegishlidir. Masalan, quyidagi har bir guruh (gavda, sklet) bir nechta tebranish turiga ega va ularga mos ravishda spektrning infraqizil sohasida bir nechta yutilish polosasi ko’rinadi.

Bu polosalarning shaklini ko’rinishi zanjirda yoki halqada joylashgan o’rinbosarning tabiatiga juda sezgirdir. Shuning uchun ham bunday polosalarni ba’zida «barmoq izlari» ham deyishadi, chunki ularning borligi orqali butun molekulani yoki uning strukturasini bir qismini bilish mumkin. Tabiiy va sintez qilib olingan timidinning IQ spektrlarini (3.10 - rasm) taqqoslash bunga yaqqol misol bo’la oladi. Bu spektrlarni «barmoq izlari» sohasida bir-biriga aynan o’xshashligi sintez yo’li bilan olingan timidinni tabiiysiga aynan o’xshashligini ko’rsatadi.

Xarakteristik guruhning tebranish chastotasi umuman olganda molekulaning tuzilishiga bog’liq emas va ko’pincha ularning chastotalari gavda tebranishlari chastotasidan ancha katta yoki ancha kichik sohada joylashgan. Quyidagi jadvalda ba’zi bir molekulyar guruhlarning xarakteristik chastotalari berilgan
5.1- jadval. Ba’zi molekulyar guruhlar valent tebranishlarining xarakteristik chastotalari.

Guruh	Chastotaning taqribiy qiymati, sm^-1	guruh	Chastotaning taqribiy qiymati, sm^-1
aromat-H	3600 3400 3300 3060 3030 2970 (valent assimm) 2870 (valent simmetr) 1460 (deform asim) 1375 (deform simmet) 2930 (valent asimmet) 2860 (valent simmetr) 1470 (deform) 2580 2250 2220 1750-1600		1650 1600 1200 - 1000 1100 1050 725 650 550

Jadvaldan ko’rinib turibdiki molekulaning oxirida joylashgan va tarkibida yengil atomlari bo’lgan (masalan, —CH₃, —OH, —C═N, >C═O …) guruhlarning tebranish chastotalari kattadir. Og’ir atomlar (masalan, —C—Cl, —C—Br, metall-metall) dan iborat guruhlarning tebranish chastotalari kichkinadir. Molekulyar guruhlarning tebranish chastotalari xuddi shuningdek, ularning spektrlari nihoyatda xarakterlidir, shuning uchun, ularning bu belgisidan analizda foydalaniladi. Masalan, —CH₃ guruhsi uchun C—H bog’ning simmetrik valent tebranishi natijasida hosil bo’ladigan yutilish polosasining chastotasi doimo 2850 bilan 2890 sm^-1 orasida yotadi, shu bog’ning antisimmetrik valent tebranishining chastotasi 2940 - 2980 sm^-1 oraliqda joylashgandir. Simmetrik deformasion tebranishning chastotasi 1375 sm^-1 («ochiq yopiq zont»), antisimmetrik deformasion tebranishning chastotasi esa 1470 sm^-1 atrofida joylashgan bo’ladi. O’z navbatida >C═O guruh o’rinbosarning xiliga bog’liq bo’lgan 1600 - 1750 sm^-1 oraliqda joylashgan yetarli darajada aniq va intensivligi katta bo’lgan yutilish polosasini beradi. Xarakteristik chastotalardan foydalanib molekulaning tuzilishini aniqlashni quyidagi spektrni o’rganish orqali ko’rsatamiz. Spektrda (3.11 - rasm) bitta kislorod atomi oltingugurt bilan almashtirilgan sirka kislotasining IQ spektri tasvirlangan. Bu spektr molekulaning qaysi tuzilishiga CH₃CO—SH gami yoki CH₃CS—OH ga tegishli ekanligini aniqlaymiz. Spektrda aniq ko’rinayotgan va chastotalari 1730 sm^-1 va 2600 sm^-1 bo’lgan polosalar >C═O va —SH guruhlarning borligidan dalolat beradi.

5.2 - rasm. Tiosirka (CH₃COSH) kislotaning infraqizil yutilish spektri.

Spektrda 1100 sm^-1 atrofida polosaning yo’qligi molekulada >C═S guruhning yo’qligidan dalolat beradi.

Har xil molekulyar guruhlarning o’zaro ta’siri natijasida xarakteristik guruhlarning chastotalari siljishi mumkin. Masalan, spirtlarda —OH guruhning xarakteristik chastotasi bu guruhlar hosil qiladigan vodorod bog’lanishning energiyasiga bog’liqdir chunki, vodorod bog’lanish —OH bog’ni uzaytirib uni kuchsizlantiradi va buning natijasida uning tebranish chastotasi kamayadi. Agar, vodorod bog’lanish –OH va karbonil guruhsi o’rtasida bo’lsa buning natijasida karbonil guruhsining ham tebranish chastotasi kamayadi
Tebranish chastotalarining shunga o’xshash siljishi moddaning fizik holati o’zgarganda ham sodir bo’ladi, bu ayniqsa molekula dipol momentiga ega bo’lsa yorqin ko’rinadi. Odatda modda qattiq holatda bo’lsa uning molekulalarini tebranish chastotasi gaz holatdagi molekulalarining tebranish chastotasidan kichik bo’ladi ya’ni,
.
Masalan, qutbli molekulalardan iborat HCl gaz holatdan suyuq holatga o’tganda uning tebranish chastotasi 100 sm^-1, suyuq holatdan qattiq holatga o’tganda esa yana 20 sm^-1 kamayadi.
Yuqoridagi jadvalning natijalarini o’rganish shuni ko’rsatadiki, xarakteristik guruhlarning chastotalarini baholash uchun
sm^-1
formuladan foydalansa bo’ladi. Masalan, shu gruppaga kirgan atomlardan birini massasini oshirish (ya’ni ni oshirish ) chastotaning kamayishiga olib keladi, masalan – CH, CF, CCl, CBr qatorga yoki >C═O va >C═S larga qarang. O’z navbatida bog’ energiyasining ortishi ya’ni, kuch doimiysi k ning ko’payishi tebranish chastotasining ortishiga olib keladi. Masalan —C—X, —C═X, C≡X qatorda aynan shu holat kuzatiladi. Bu yerda X═C, N, O (O birinchi va ikkinchi fragmentda).
Ma’lumki, tebranish molekulaning dipol momentini o’zgarishiga olib kelsa IQ spektr hosil bo’ladi. Shuning uchun ko’proq qutblangan bog’lanishning tebranishidan hosil bo’lgan IQ spektr polosasining intensivligi ham ko’proq bo’ladi deb xulosa qilish o’rinlidir. Bu xulosa umuman olganda tajribada tasdiqlanadi. Masalan, IQ spektrning quyidagi xarakteristik gruppalarga tegishli polosalarining intensivliklari quyidagicha o’zgaradi.
hamda
Xuddi shu sababga asosan ion kristall panjarasini tebranishidan hosil bo’lgan IQ polosalarning intensivligi ham katta bo’ladi.
Shunday qilib, bu usul ma’lum moddalarning IQ spektri bilan noma’lum moddalarning IQ spektrini solishtirish asosida molekulaning tuzilishi to’g’risida ma’lumot olish imkonini beradi.
TAJRIBADA IShLATILADIGAN TEXNIK VOSITALAR
IQ spektrlarni tadqiq qilishga mo’ljallangan oddiy spektrometrning alohida tarkibiy qismlarini qisqacha qaraymiz.