Molekular spektroskopiya: umumiy prinsipllar va tasnifi

qattiq bo'lmagan rotatorlar

Download 1,49 Mb.

bet	17/50
Sana	30.11.2022
Hajmi	1,49 Mb.
	#875652

1 ... 13 14 15 16 17 18 19 20 ... 50

Bog'liq
sodapdf-converted (4) (1)

Aylanish kop atomli molekulalar
5. Strukturaviy ma `lumot, qabul qildi dan aylanish spektrlar molekulalar

qattiq bo'lmagan rotatorlar

To'g'ri aytganda, haqiqiy molekula qattiq rotator emas. J kvant soni ortishi bilan aylanish energiyasi ortadi va markazdan qochma kuchlar asta-sekin cho'zila boshlaydi. molekulasi. DA formula (2) qaysi adolatli faqat uchun qiyin rotator uchun kichik tuzatish C  1 kiritish kerak, bu markazdan qochma cho'zish doimiysi deb ataladi va molekula tabiatiga bog'liq:

^EJ ⁼^{= BJ(J+1)}^-^{SJ 2 (J+1) 2}

Chunki FROM odatda hisoblanadi kichik hajmi, qattiq bo'lmagan boshlanadi namoyon faqat qachon katta J qiymatlari. DA spektr haqiqiy molekulalar (rasm. 5) bu rahbarlik qiladi bunga chiziqlar endi bir-biridan aynan bir xil masofada bo'lmaydi, balki asta-sekin bo'ladi yondashuv yoqilgan o'lchov kattalashtirish; ko'paytirish to'lqin raqamlar. Da hisob-kitoblar bu ikkita noma'lum, B va C tenglamalar tizimini echishni talab qiladi.

Aylanish ko'p atomli molekulalar

Lahza impuls J , qaysi xarakterlaydi aylanish tirbandlik (sm yuqorida, bob bitta) va vektor kattalik bo'lib, uchta ^{Dekart koordinatasiga}nisbatan komponentlarga ajralishi mumkin : ^J⁼^Jx ⁺^Jy_ ⁺^Jz_ ^{vektorda yoki}^|^J|^{2 = |}^Jx ^|²^{+ |}^Jy ^|²^{+ |}^Jz ^|²skalyar shaklda ^.J \u003d I  bo'lgani uchun, burchak momentumining har bir komponenti ^{mos keladigan aylanish o'qiga nisbatan inersiya momentiga bog'liq bo'lishi kerak, I}^x,^I^,y ^yoki^Iz,. ^_
^diatomik^molekulasi^{xarakterlanadi}^faqat^bitta^ma'nosi^moment^inertsiya^I⁼^Ix ⁼
^I^,y ^{, chunki I}z komponenti ^{aniq nolga teng.}Ko'p atomli molekulalar mumkin bo'linish ustida uch guruhlar:

Sferik rotorlar, da qaysi hammasi uch Komponentlar moment inertsiya koordinata o'qlariga nisbatan ^{bir-biriga teng, ya'ni. I}^x⁼^I^,y ⁼^menz ^,
^simmetrik^rotorlar,^da^{qaysi men}^x⁼^men^,y ^^__ ^_^Shaxsiy^imkoniyat^simmetrik^rotorikki atomli molekuladir.
^Asimmetrik^rotorlar,^da^qaysi^I^x^^meny ^^__ ^_

Sferik rotorlar doimiy elektr dipol momentiga ega emas (  = 0), shunung uchun emas mumkin ta'sir o'tkazish Bilan mikroto'lqinli pech elektromagnit radiatsiya (yuqoriga qarang, 1-bo'lim).
Asimmetrik rotorlar berish nihoyatda murakkab aylanish spektrlar, faqat nisbatan oddiy molekulalar misolida tahlil qilish mumkin va shuning uchun bu erda ko'rib chiqilmaydi.
simmetrik rotorlar berish nisbatan oddiy spektrlar.
^{Agar a}^I^{x belgilang}⁼^I^,y ⁼^IB ^,^a^Iz_ ^{\u003d I}A ^,^keyin,^{hisobga olgan holda}^Bormoq,^nima^energiya^aylanish^E⁼^J^{2 /2I}^{(1-bo'limga qarang) va |}^J|^{2 = |}^Jx ^|²^{+ |}^Jy ^|²^{+ |}^Jz ^|^{2 , biz yozishimiz mumkin:}

^|^Jx_ ^|²^|^Jy ^|²^|^Jz_ ^|²
E = ---- + ---- + ---- ^2IIN ^2IIN ²^IA

^Tenglik^emas^o'zgaradi^agar^qo'shish^va^{olib ketish}^dan^uni^bitta^va^bu^{bir xil}^qiymat,^|^Jz^_^|^{2 /}^2IB ^:

^|^Jx_ ^|²^|^Yy ^|²^|^Jz ^|²^|^Jz ^|²^|^Jz ^|²
E = ---- + ---- + ---- + ---- - ------ ^2IB ^2IB ^2IA ^2IB ^2IB

^{Birlashtirish}^shartlari^Bilan^{xuddi shu}^maxraj^va^{hisobga olib,}^nima^|^Jx ^|²⁺^|^Jy ^|²⁺^|^Jz_ ^|²⁼
| J| ², olamiz:
| J | ² 1 1
^Xo'sh⁼^{------ +}^|^Jz ^|^{2 (------}^-^).
^2IB ^2IA ^2IB
^{molekulaning aylanish jarayonida}bog’ uzunliklari va bog’lar orasidagi burchaklar o’zgarmaydi deb faraz qilsak ,^keyin,^{o'rniga |}^J^|²^va^|^Jz_ ^|²^mumkin^almashtirmoq^yechimlar^{qattiq rotatorning kvant mexanik muammosi (1-bo'limga va shuningdek, qarang ), ya'ni. |}^J^|^{2 = (h 2 /4}^^{2 ) J(J+1) va |}^Jz ^|^{2 =}
(h ²/4  ²) K ²,
qayerda J = 0,1,2,3... va K = 0,  1,  2,  3.  J- kvant raqamlar, xarakterlovchi moment
impuls va uning proyeksiya ustida o'qi z, mos ravishda. Natijada biz quyidagi ifodani olamiz:
_soat2 _soat2 _soat2
E = ------ J(J+1) + K ² (------ - ) = C J(J+1) + K ²(A - C)
⁸^^{2 I}C ⁸^^{2 I}A ⁸^^{2 I}C
^{bu erda B \u003d h 2 / 8}^^{2 I}B ^{va A \u003d \u003d h 2/8}^^{2 I}A - molekulaning x va y (B qiymati) va z (qiymati) o'qlari atrofida aylanishini ^{tavsiflovchi ikkita aylanish konstantasi .}Simmetrik rotorlarda elektr dipol momenti har doim z o'qi bo'ylab yo'naltirilganligi sababli, bu o'q atrofida aylanish uni o'zgartirmaydi, ya'ni qattiq rotator uchun taniqli tanlash qoidasi  J =  1  K qoidasi bilan to'ldiriladi. = 0. Bundan kelib chiqadiki, ikkinchi qism qabul qildi ifodalar emas beradi ta'sir qilish ustida energiya, zarur uchun ikkita qo'shni daraja o'rtasidagi o'tishlar, chunki har qanday K uchun u bir xil bo'ladi va energiyalar farqini aniqlashda ayiriladi. Shunday qilib, simmetrik rotorlar diatomik molekulalarga o'xshash aylanish spektrlariga ega bo'ladi (5-rasm).
^Guruch.^5.^aylanish^spektr^CF3 ^{CCl molekulalari}^(simmetrik^{rotor). Spektr}^{qaytarib olingan}^da^bosim¹⁰⁰⁸⁹⁶^mmuzunlikdagi to'lqin uzatuvchi hujayradagi simob mm.

5. Strukturaviy ma `lumot, qabul qildi dan aylanish spektrlar molekulalar

Ikki atomli molekulalardan yoki simmetrik turdagi ko'p atomli molekulalardan tashkil topgan namunaning aylanish spektridan osongina aniqlanadigan aylanish konstantasi rotor, hisoblanadi hajmi, qaram dan tabiat molekulalar. Olingan aylanish konstantasining qiymatini mos yozuvlar ma'lumotlari bilan taqqoslab, o'rganilayotgan molekulani aniqlash mumkin .
(1) va (2) formulalardan ko'rinib turibdiki, agar atomlarning massalari ma'lum bo'lsa, u holda aylanish tezligini o'lchash orqali doimiy, mumkin aniqlash masofa orasida yadrolari atomlar ikki atomli molekulada . Ushbu ta'rifning aniqligi juda yuqori.
Da ko'p atomli molekulalar mumkin bolmoq bir nechta parametrlari molekulyar tuzilish

- bu masofalar orasida atomlar va burchaklar orasida kimyoviy ulanishlar. Uchun nosimmetrik rotorning har bir turi uchun I B ^{inertsiya momentining bog'liqligini}tavsiflovchi matematik ifodalar ma'lum. ^{ushbu strukturaviy parametrlardan. Masalan, AX}3 kabi piramidal molekulalar uchun ^{(masalan, ammiak kabi),}

^IV ⁼^mX ^{R 2 (1}^-^chunki^⁾⁺^mA ^mX ^/(3mX ⁺^mA ^{)R 2 (1}⁺²^chunki^^),
^qayerda^mA_ ^va^mX ^-^ommaviy^{tegishli atomlar, R}^-^atomlararo^masofa^Oh,^a^^-X-A-X ^{burchagi .}
Nosimmetrik rotorning spektridan aylanish doimiyligini aniqlash mumkin B \ u003d ^{h 2 /8}^^{2 I}B ^,^a^dan^uni^hisoblash^IB. ^_^DA^berilgan^misol^biz^{bizda ... bor}^ikki^noma'lum^{qiymatlari: R}va  .
Agar a atomlar LEKIN yoki X ichida molekulasi almashtiring ustida ularning izotoplari, keyin molekulyar variantlari R va
 qoladi oldingi a moment inertsiya bunday "izotopik almashtirilgan" molekulalar, boshqacha bo'ladi. Bunday molekulaning aylanish spektrini olib tashlash orqali bir xil ikkita noma'lum bo'lgan ikkinchi tenglamani olish mumkin. Hosil bo'lgan tenglamalar tizimini yechish orqali molekulyar strukturaning ikkala kerakli parametrini aniqlash mumkin. Murakkabroq molekula uchun inersiya momentini tavsiflovchi tenglamadagi noma'lumlar soni ko'p bo'lishi mumkin va shuning uchun turli xil izotopik o'rinbosar hosilalarning mos ravishda ko'proq spektrlari kerak bo'ladi.

3 ^{CCl namunasi spektrining aylanish strukturasining o'ziga xos xususiyati}ko'rsatilgan ustida Guruch. 5, hisoblanadi Split spektral chiziqlar, qaysi ko'rinadi ichida ikkita maydon: taxminan 13 sm ^-1va taxminan 22 sm ^-1. Buning sababi ^{sinov namunasida ikki turdagi molekulalarning mavjudligidadir: CF}3 ^{CCl 35 (75,53%) va CF}3 ^{CCl 37 (24,47%). Ularning qisqargan}massalari, albatta, boshqacha bo'ladi; shuning uchun aylanish

konstantalar va shuning uchun spektrdagi tegishli chiziqlarning holati. Demak, bundan kelib chiqadi aylanish spektroskopiya mumkin foydalanish uchun o'rganish izotopik o'rganilayotgan moddalarning tarkibi .

Maqolaning boshida aytib o'tilganidek, aylanish spektrini olish uchun molekulada elektr dipol momentining mavjudligi printsipial jihatdan muhimdir. Doimiy elektr maydoni tashqaridan qo'llanilganda, o'rganilayotgan namunaning aylanish spektridagi o'zgarishlarni kutish kerak, chunki tashqi elektr maydoni elektr dipollarining aylanishiga ta'sir qilishi va uni kamroq erkin qilishi kerak. Stark effekti deb ataladigan bunday ta'sir haqiqatan ham kuzatiladi. U o'zini maydon yo'qligidagi holatiga nisbatan E quvvatli elektr maydoni ishtirokida spektr chiziqlarining siljishida (  ^{~ ) namoyon qiladi. Bu siljish tadqiqotchiga ma'lum bo'lgan}E qiymatiga , shuningdek, dipol momentiga mutanosibdir. molekulalar ,  . Shunday qilib yo'l elektr dipol moment molekulalar Stark effekti bilan tajribada aniqlangan  ^~siljishidan tegishli formula bilan hisoblash mumkin .
Aylanma spektrning murakkab chiziqlari tizimi har bir o'ziga xos strukturaning molekulalariga xosdir, shuning uchun mikroto'lqinli mintaqada aylanish spektroskopiyasi astrofizika sohasida keng qo'llanilishini topdi - mikroto'lqinli nurlanishda ba'zi oddiy molekulalarning mavjudligini aniqlash uchun. bizni uzoq sayyoralar va yulduzlardan. Shunday qilib, 1963 yilda yulduzlararo fazoda ^radikallar^^{OH topilgan, 1968 yilda}^{- NH}3 molekulalari ^{va 1969 yilda}^{- H}2 ^{O molekulalari.Hozirgi}kungacha miqdori molekulalar va molekulyar parchalar, kashf etilgan ichida kosmosni hisobga olish allaqachon qiyin.

Download 1,49 Mb.

Do'stlaringiz bilan baham:

1 ... 13 14 15 16 17 18 19 20 ... 50

Molekular spektroskopiya: umumiy prinsipllar va tasnifi

qattiq bo'lmagan rotatorlar

qattiq bo'lmagan rotatorlar

Aylanish ko'p atomli molekulalar

5. Strukturaviy ma `lumot, qabul qildi dan aylanish spektrlar molekulalar