Molekulalar va moddalarning kimyoviy va fizik xususiyatlari

1-rasm YaMR spektrograff

2-rasm YaMR Spektrlar piklari
Difraksiya usullari
Difraksiya usullari nurlanishning to'lqin xususiyatlaridan va elektron va neytron zarrachalari oqimidan foydalanadi. Rentgen nurlarining to'lqin xususiyatlari 1912 yilda nemis fizigi Laue tomonidan kashf etilgan. U rentgen strukturaviy tahliliga asos soldi. Zarrachalarning to'lqin xususiyatlari haqidagi gipoteza 1924 yilda frantsuz fizigi Lui de Broil tomonidan ilgari surilgan. Bu gipoteza to'lqin uzunligi l, massa m va harakatlanuvchi zarrachaning u tezligi o'rtasidagi oddiy bog'liqlik bilan ifodalanadi:
1927 yilda elektron diffraktsiyasi hodisasi eksperimental tarzda tasdiqlandi. Keyinchalik neytron diffraktsiyasi aniqlandi.
Difraksion usullarda sochilgan nurlanish intensivligining q sochish burchagiga, ya'ni I (q) funktsiyasiga bog'liqligi o'lchanadi. Bunday holda, tarqalishdan keyingi to'lqin uzunligi o'zgarmaydi.

3-rasm modda diffraksiyasi
Garchi bu uch turdagi nurlanish asosiy diffraktsiya aloqasini qondirsa -da, ular biroz boshqacha tarzda ishlatiladi. Ikkinchisi rentgen nurlari, elektronlar va neytronlarning materiya bilan o'zaro ta'sirining har xil tabiati bilan izohlanadi. Elektronlar eng kuchli tarqalgan. Neytronlar eng kam tarqalgan.
Shuning uchun rentgen va neytron diffraktsiyasi kristallar va boshqa kondensatsiyalangan fazalarni makroskopik o'lchovlarda o'rganish uchun ishlatiladi. Elektron diffraktsiyasi ingichka plyonkalar, sirt va gazlarni o'rganish uchun ishlatiladi.
Kimyoda eng keng tarqalgan ikkita usul qo'llaniladi:
1. NaCl kabi eng oddiy birikmalardan murakkab oqsillargacha bo'lgan kristalli moddalarning uch o'lchovli makonidagi atomlarning koordinatalarini aniqlash imkonini beruvchi rentgen strukturaviy tahlil.
2. Gaz elektronlarining diffraktsiyasi, uning yordamida gazlardagi erkin molekulalarning geometriyasi aniqlanadi, ya'ni kristallarda bo'lgani kabi qo'shni molekulalar ta'siriga uchramaydi.
Bir xil moddalar uchun ikkala usulning ma'lumotlarini solishtirish kristalli maydonning molekulaga ta'sirini baholash imkonini beradi.
Optik usullar
Yorug'likning moddalarda tarqalishi, tarqalishi va yutilishini o'rganish uchun optik usullar qo'llaniladi. Optik usullar natijalari moddalarni aniqlashda, molekuladagi atomlarning o'zaro ta'sirini aniqlashda, molekulalarning qutblanish qobiliyatini hisoblashda, tebranish analizida chastotalarni tayinlashda, erituvchining ta'sir etuvchi tizimga ta'sirini o'rganishda va boshqalarda qo'llaniladi.

Mass -spektrometriya va elektron spektroskopiyasi

Bu usullar guruhi avvalgilaridan farqi shundaki, har qanday nurlanish yoki moddaning zarrachalar oqimining o'zaro ta'siri natijasida boshqa zarrachalar oqimi o'lchanadi. Shunday qilib, mass -spektrometriyada tushayotgan oqim elektron oqimi, ultrabinafsha nurlanish, zaryadlangan atomlar yoki molekulalar oqimi, ya'ni o'rganilayotgan moddaning molekulyar ionlari oqimini hosil qiluvchi ionlar yoki parchalanish natijasida hosil bo'ladigan ionlar bo'lishi mumkin.

4-rasm Toluolning mass spectral analizi
Mass -spektrometriya molekulyar og'irliklarni aniqlash, moddalarni aniqlash, moddalarning kimyoviy tuzilishini aniqlash, bug'lanish va reaktsiyalarning issiqligini, kimyoviy reaktsiyalar mexanizmlarini o'rganish, ionlanish potentsiallari va kimyoviy bog'lanishlarning uzilish energiyasini o'lchash uchun ishlatiladi.
Rentgen elektron spektroskopiya (RES) va optik elektron spektroskopiya (fotoelektron spektroskopiya, OES) usullarida tushgan I₀ nurlanish rentgen yoki ultrabinafsha nurlanishdir. Biroq, mass -spektrometriyadan farqli o'laroq, molekula yoki moddadan chiqarilgan elektronlar oqimining energiyalari o'lchanadi, ya'ni I (E_el) o'lchanadi.
Rentgen nurlari elektronlarni moddalarning ichki qobig'idan chiqaradi. Shunday qilib, RES usuli molekula va moddadagi atom yadrolarining ichki elektronlarining bog'lanish energiyasini aniqlash imkonini beradi. FES usuli molekuladagi atomlarning valentlik qobig'idan ketma -ket ionlanish potentsialini aniqlash uchun ishlatiladi. Bu ikkala usul ham moddalarni aniqlashga va atrofdagi atomlarning turli orbitallardagi elektronlarning bog'lanish energiyasiga ta'sirini tartibga soluvchi qonunlarni o'rganishga imkon beradi.
Dielkometriya va magnitokimyo
Elektr dipol momentlarining kattaligiga yoki moddalarning magnit xarakteristikalariga qarab, tashqi elektr va shunga mos ravishda magnit maydonlar bu maydonlardagi moddaning xatti -harakatlarini maydon bo'lmagan holatga nisbatan o'zgartiradi.
Dielektrik konstantasi e o'lchovlari molekulalarning qutblanishini tavsiflovchi m elektr dipol momentining kattaligini aniqlash imkonini beradi. Bundan tashqari, m qiymati qo'shimcha dizayn sxemalaridan foydalanilganda strukturaviy axborot manbai hisoblanadi.
Magnitokimyoviy tadqiqotlar moddaning atomlaridagi juftlanmagan elektronlar sonini paramagnetizm darajasiga qarab baholash imkonini beradi (paramagnit moddalar magnit maydoniga tortiladi). Diamagnitlar magnit maydon tomonidan tashqariga chiqariladi va uning chiqish darajasi molekulalar va moddalarning elektron tuzilishiga bog'liq. Benzol, naftalin va boshqa aromatik uglevodorodlar molekulalari tekisligiga parallel va perpendikulyar bo'lgan cd molar diamagnit sezuvchanlik o'rtasidagi farq ayniqsa muhimdir. Bu aromatik molekulalar tekisliklarida elektron oqimlari mavjudligini isbotlaydi.
TURLI FIZIK USULLARINI INTEGRATSIYASI
Turli xil fizik usullar bilan olingan fizik miqdorlar nafaqat moddalarning fizik holatini to'liq tavsifini, balki moddalarning kimyoviy tuzilishini ham to'liq tavsifini beradi. Shunday qilib, agar rentgen strukturaviy tadqiqoti yengil vodorod atomlarining koordinatalarini aniqlashga imkon bermagan bo'lsa, u holda PMR usuli (protonli rezonansni bildiradi) moddaning kimyoviy tuzilishi rasmini to'ldiradi.
Rentgen nurlanishining diffraktsiyasi va neytron diffraktsiyasi bir-birini to'ldiradi, chunki rentgen nurlanishining diffraktsion tadqiqotlarida kristalli moddalarning elektron zichligining to'liq taqsimlanishi aniqlanadi, neytronlarning diffraktsion tadqiqotlarida esa bunday moddalarning atom yadrolari joylashuvi aniqlanadi. Rentgen va neytron diffraktsiyasi ma'lumotlarini birgalikda qayta ishlash natijasida kimyoviy bog'lanishlarda elektron zichligi taqsimoti topiladi. Bunga atom yadrolarining elektron zichligini moddaning atomlarining umumiy elektron zichligidan olib tashlash orqali erishiladi, ularning pozitsiyalari neytron diffraktsiyasi ma'lumotlari asosida hisoblanadi.
Agar gaz elektronlarining diffraktsiyasi, mikroto'lqinli spektroskopiya, tebranish spektroskopiyasi va kvant kimyoviy hisob -kitoblari natijalari bir vaqtning o'zida ishlatilsa, gaz fazasidagi moddalar molekulalarining geometrik parametrlari yanada ishonchli va to'liq aniqlanadi.
Faqat bu usullardan birgalikda foydalanish muammoni hal qila oladi. Shunday qilib, ko'plab birikmalarning tuzilishi aniqlandi: akrolein CH₂ = CH-CH = O, 1,1-difloroetilen F₂C = CH₂, fosfabenzol C₅H₅P, arsabenzol C₅H₅As va boshqalar.
Umumiy holatda molekulalarning polarizatsiyasi uchta raqam bilan ifodalanadi, ular molekulalarning uch o'lchovli makonning uch yo'nalishi bo'yicha har xil polarizatsiyasini tavsiflaydi. Shunday qilib, xlorobenzol molekulasi qutblanish uchun uchta asosiy qiymatga ega: halqa bo'ylab eng kattasi va eng kichiki perpendikulyar yo'nalishda. Biroq, bu qiymatlarni eksperimental tarzda aniqlash uchun sinish indeksining o'lchovlari haqidagi ma'lumotlarni birgalikda qayta ishlash, Kerr effektini o'rganish va elektr dipol momentini topish zarur.
Bunday misollar ro'yxatini davom ettirish mumkin.
XULOSA
Fizik usullarni qo'llashda shunday murakkab muammolar bilan bog'liq holda, olimlarning ixtisoslashuvi mavjud. Tibbiyotda bo'lgani kabi, bu juda aniq misol, mutaxassislar juda chuqur bilim va tajriba ko'nikmalarini talab qiladigan nisbatan tor sohalarda ishlaydi. Deyarli har bir fizik usul ixtisoslashuv sohasidir. Biroq, fizik ham, kimyogar ham turli usullarning imkoniyatlaridan xabardor bo'lishi kerak. Kimyogar muammoni to'g'ri belgilashi kerak. Fizik nafaqat uni hal qilishi, balki uning natijalari boshqa usullar bilan solishtirganda ham bilishi kerak.
Ko'pincha kimyo va fizik, shuningdek matematik bir odamda ifodalanadi. Birinchidan, kimyogar muammo qo'yadi, keyin uni hal qilish uchun fizik va matematik bo'lib ishlaydi.
Fizikaviy tadqiqot usullari haqidagi umumiy g'oyalarni kitoblarda, darsliklarda va to'plamlarda topish mumkin, masalan [4 - 7]. Afsuski, bu adabiyotdagi materiallar maktab dasturi doirasidan tashqarida. Ammo mavzuga katta qiziqish bo'lsa, bu juda foydali bo'ladi. Bu material maktabdagi kimyogarlar, fiziklar va matematiklar o'rtasidagi aloqalarni yaxshilashga, o'quv dasturlarini yaxshiroq shakllantirishga yordam beradi.
Yana bir muhim holatga e'tibor qaratish lozim. Uskunalarning murakkabligi va qimmatligi va usullarning har xil imkoniyatlari tufayli jismoniy usullarning taqsimlanishi va qo'llanilish kengligi sezilarli darajada farq qiladi. Eng ko'p ishlatiladigan usullar - tebranish spektroskopiyasi, mass -spektrometriya, ultrabinafsha spektroskopiya va yadro magnitli rezonans. Mikroto'lqinli spektroskopiya, yadroli gamma -rezonans, yadroviy to'rtburchakli rezonans, gazli elektronlarning diffraktsiyasi, fotoelektron spektroskopiyasi va boshqalar usullari kimyoviy tadqiqotlarda qo'llanilishida ancha cheklangan.
Bunday qiyin vaziyatda olimlarning hamkorligi paydo bo'layotgan muammolarni hal qilishga yordam beradi.
ADABIYOTLAR RO’YXATI
1. Химический энциклопедический словарь. М.: Советская энциклопедия,1983.
2. Физический энциклопедический словарь. М.: Советская энциклопедия,1983.
3. Гордон А., Форд Р. Спутник химика. М.: Мир, 1976.
4. Афанасьев В.А., Заиков Г.Е. Физические методы в химии. М.: Наука,1984. (Серия "История науки и техники").
5. Драго Р. Физические методы в химии. Т. 1, 2. М.: Мир, 1981.
6. Вилков Л.В., Пентин Ю.А. Физические методы исследования в химии. Структурные методы и оптическая спектроскопия. М: Высшая школа, 1987.
7. Вилков Л.В., Пентин Ю.А. Физические методы исследования в химии. Резонансные и электрооптические методы. М.: Высшая школа, 1989.

Testlar
1. UB spektroskopiyasi ...

a) valentlik elektronlarining o'tishini o'rganadi;
b) UB nurlanishining molekulalar tomonidan yutilishiga asoslangan;
c) molekulalarning UB nurlanishini chiqarishga asoslangan;
d) atomlarning UB nurlanish bilan o'zaro ta'siriga asoslangan.
2. IQ - spektroskopiya ...
a) IQ nurlanishining molekulalar tomonidan yutilishiga asoslangan;
b) molekulyar tebranishlarni o'rganishni o'z ichiga oladi;
c) O2, N2, H2 ni o'rganishga imkon beradi;
d) ko'rinadigan diapazonning elektromagnit nurlanishidan foydalanadi.3.
3. YaMR usuli ...
a) atomlari yadrolari toq bo'lgan moddalarni tahlil qilish uchun ishlatiladi
protonlar soni;
b) atom yadrolarining doimiy magnit maydon bilan o'zaro ta'siriga asoslangan;
v) moddalarning optik faolligini o'lchash imkonini beradi;
d) YaMR jarayonida moddalarning luminesans spektrlarini tahlil qilish asosida.
24. EPR - spektroskopiya ...
a) molekulalarning tuzilishini va moddalarning konsentratsiyasini aniqlashga imkon beradi
ulanmagan elektronlar;
b) o'zgaruvchan magnit bilan tashqi elektronlarning o'zaro ta'siriga asoslangan
maydon;
c) rentgen nuriga joylashtirilgan atomlarning magnitli rezonansidan foydalanadi
nurlar;
d) atom yadrolarining rezonans hodisasiga asoslangan.
5. Luminesans analiz ...
a) fosforesansning bir turi;
b) UB ta'sirida porlashi mumkin bo'lgan moddalarni tahlil qilish uchun ishlatiladi -
nurlar;
c) nurlanishning yutilish intensivligini aniqlash uchun ishlatiladi
analit;
d) joylashtirilgan moddalar kontsentratsiyasini aniqlash imkonini beruvchi hodisa
yuqori chastotali magnit maydon.
6. Voltammetriya ... ga asoslangan.
a) qutblanish egri chiziqlarini o'rganish;
b) tashqi kuchlanishga qarab tok kuchini o'rganish;
с) qodir bo'lmagan moddalarning sifat va miqdoriy tarkibini aniqlash
oksidlanish va tiklanish;
d) loyqa va o'rganishda ekvivalentlik nuqtasini aniqlash
quyuq rangli eritmalar.
7. Xromatografiya ...
a) moddalarni sinish ko'rsatkichi bo'yicha tahlil qilish usuli;
b) moddalarning aralashmasini so'rilish qobiliyatiga ko'ra ajratish va tahlil qilish usuli;
с) moddalarni qutblangan nurni burish qobiliyatiga qarab tahlil qilish usuli;
d) elektromagnit moddalarning yutilishiga asoslangan tahlil usuli
nurlanish.
8. Ion almashinuvi xromatografiyasi yordamida siz ...
a) elektrolit bo'lmaganlarni ajratish;
b) qattiq suvni yumshatish;
с) etil spirti konsentratsiyasini aniqlash;
d) elektrolitlarni ajratish.
9. Spektral tahlil usullari ...
a) elektromagnit nurlanish intensivligini o'lchashga asoslangan
analit tomonidan so'riladi yoki chiqariladi;
b) tarkibidagi moddaning elektromagnit nurlanishning yutilishini o'lchashga asoslangan
ko'rinadigan va yaqin ultrabinafsha spektrli hudud;
с) moddalarning akslantirish spektrlarini o'rganishga asoslangan;
d) moddalarning elektromagnit nurlanish bilan o'zaro ta'sirini o'rganishga asoslangan.
10. Atom absorbsiyasi tahlili ...
a) yutilish spektrlarini o'rganishga asoslangan;
b) emissiya spektrlarini o'rganishga asoslangan;
с) maxsus lampalardan foydalanishni talab qiladi, ularning katoti metalldan qilingan,
uning kontsentratsiyasi aniqlanadi;
d) olov yordamida moddani atom holatiga o'tkazishni talab qilmaydi.
11. Atom absorbsiyasi tahlili tahlil uchun ishlatiladi ...
a) engil metallar;
b) og'ir metallar;
с) faol metall bo'lmaganlar;
d) faol bo'lmagan metallar.
12. Atom emissiyasini tahlil qilish ...
a) yutilish spektrlarini o'rganishga asoslangan;
b) emissiya spektrlarini o'rganishga asoslangan;
с) organik moddalarni tahlil qilish uchun ishlatiladi;
d) moddalar aralashmasini ajratish va tahlil qilish uchun ishlatiladi.
13. Olovli fotometriya ...
a) atom chiqindilarini tahlil qilish;
b) o'ziga xos atom yutilish tahlili;
с) faol metallarni tahlil qilish uchun ishlatiladi;
d) metall bo'lmaganlarni tahlil qilish uchun ishlatiladi.
14. Molekulyar spektroskopiya ... ga asoslangan.
a) molekulalarning yutilish spektrlarini olish va tahlil qilish;
b) molekulalarning emissiya spektrlarini olish va tahlil qilish;
с) radio va mikroto'lqinli uskunalar molekulalari tomonidan yutilish spektrlarini tahlil qilish bo'yicha nurlanish;
d) molekulalarning emissiya spektrlarini tahlil qilish bo'yicha.
15. Fotometrik tahlil ... ga asoslanadi.
a) o'tayotganda har xil moddalarning sorbsion imkoniyatlarini tahlil qilish to'g'risida
changni yutish;
b) optik diapazonda nurlanishning yutilishini o'lchash;
c) molekulalarning ta'sir ostida deformatsiyalanish qobiliyatini o'rganish bo'yicha
ultrabinafsha nurlanish.