Vibrațiile unei molecule poliatomice.
O moleculă poliatomică poate efectua un număr mare de mișcări vibraționale, egale cu numărul de grade vibraționale de libertate. Acest număr este calculat după cum urmează. O moleculă de atomi are grade de libertate. Trei dintre ele cad pe coordonatele centrului de masă al moleculei. Numărul de grade de libertate de rotație este, de asemenea, trei în cazul general. Cu toate acestea, moleculele liniare au doar două grade de rotație de libertate, deoarece rotația în jurul unei linii care trece prin centrele atomilor este lipsită de conținut fizic. Astfel, numărul de grade de libertate, și cu ea numărul de frecvențe de vibrație egală sau unele dintre aceste frecvențe nu poate avea loc, în cazul în care oscilațiile dipol momentul corespunzător al moleculei nu se schimba (problema acestea se spune că fluctuațiile inactive vom reveni) . În orice caz, numărul de frecvențe de vibrație și deci numărul de benzi în spectrul infraroșu, determinată strict de numărul de atomi și molecule de simetrie.
Dacă nu există rotație a moleculelor (corp solid), atunci spectrul de absorbție în infraroșu constă din linii care corespund tranzițiilor vibraționale. Având în vedere absorbția puternică (investigarea involuntară apare în straturile groase), în condiții normale, liniile se îmbină într-o bandă. În lichide, rotația moleculelor este împiedicată și structura de rotație a benzii este neclară. Liniile individuale care alcătuiesc banda nu mai sunt vizibile.
Să ne ocupăm acum de chestiunea sensului fizic al frecvențelor vibrațiilor unei molecule poliatomice. Ce fel de fluctuații există, de fapt, despre care vorbim? În cazul unei molecule diatomice, întrebarea era clară: era vorba de oscilații de-a lungul liniei de comunicare. Ce cantități fluctuează în conformitate cu legea armonică în moleculele poliatomice?
Cu orice vibrație a moleculei, abaterile atomilor din poziția de echilibru pot fi descrise prin deplasări de-a lungul legăturii și distorsiuni ale unghiurilor de valență. coordonatele (în sensul larg al cuvântului) vor descrie într-o manieră exhaustivă configurația instantanee a moleculei vibratoare. Pentru o alegere arbitrară a coordonatelor, valorile lor nu vor varia în funcție de legea celei mai simple oscilații.
Legea variației în timp a fiecărei va fi reprezentată printr-o curbă complexă și confuză, deși bdnako periodice demonstrează că este posibil să se recurgă la o astfel de descriere a moleculelor vibratoare, numărul la care aceste numere au variat armonic, au fluctuat cu frecvențele acestor „coordonatele“ sunt numite normale, dar se numesc frecvențele vibrațiilor normale.
Posibilitatea introducerii coordonatelor normale înseamnă că curbele periodice ale modificării oricărei alte coordonate pot fi extinse în spectru în funcție de frecvențele vibrațiilor normale. Indiferent de modul în care abordăm spectrul vibrațional, întotdeauna
ajungem la concluzia că este compus din frecvențe ale vibrațiilor normale.
Ce fel de coordonate sunt obținute pentru o anumită alegere a cadrului de referință? Nu, coordonatele normale sunt, în primul rând, combinații liniare de deplasări. Prin urmare, fiecare coordonată normală descrie vibrația moleculei ca întreg. Exemple de vibrații moleculare normale sunt prezentate în Fig. 231 și 232. O adevărată oscilație este executarea simultană a tuturor acestor mișcări.
Utilizând spectrul, este posibil să se determine setul de frecvențe ale vibrațiilor normale ale unei molecule. Aceste date pot fi folosite pentru a crea o imagine clară a vibrațiilor moleculei.
Pentru aplicații, caracteristica multor frecvențe de oscilație este de mare importanță. O atenție deosebită arată că, în anumite oscilații normale, orice distanță interatomică sau un unghi de valență se modifică în principal. Firește, o astfel de frecvență variază foarte puțin în grupul compușilor înrudiți, dacă numai molecula conține această legătură. Această circumstanță este utilizată în chimie.
Frecvențele vibraționale ale moleculei sunt măsurate nu numai prin spectrele de absorbție în infraroșu, ci și prin spectrele Raman. După cum vom vedea mai jos, aceste două metode sunt utile complementare.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: