答案2材料特性表征第2篇分子結(jié)構(gòu)分析1紅外

1、.第二部分作業(yè)任選15道1. 電磁輻射和物質(zhì)有哪幾種相互作用。吸收，發(fā)射，散射，光電離。2. 什么叫分子光譜？列表指出分子光譜波長與能級之間的關(guān)系。分子光譜是分子內(nèi)部運(yùn)動狀態(tài)的反映，與分子的能級密切相關(guān)。分子內(nèi)的運(yùn)動有分子間的平動、轉(zhuǎn)動、原子間的相對振動、電子躍遷、核的自旋躍遷等形式。每種運(yùn)動都有一定的能級。除了平動以外，其他運(yùn)動的能級都是量子化的。從基態(tài)吸收特定能量的電磁波躍遷到高能級，可得到對應(yīng)的分子光譜。3. 紅外吸收光譜的基本原理。當(dāng)紅外區(qū)輻射光子所具有的能量與分子振動躍遷所需要的能量相當(dāng)時，分子振動從基態(tài)躍遷到高能態(tài)，在振動時伴隨著偶極矩的改變者就吸收紅外光子，形成紅外吸收光譜。4.

2、 利用諧振子模型計算C-H鍵的伸縮振動頻率。利用經(jīng)典力學(xué)模型，把原子考慮為彈簧諧振子，對于雙原子分子，利用折合質(zhì)量代替單個原子質(zhì)量，則用波數(shù)形式表示振動頻率，則C-H鍵伸縮振動頻率5. 寫出分子振動自由度與原子數(shù)目關(guān)系。n個原子組成一個分子時，分子的振動自由度為3n-6個，直線型分子的振動自由度為3n-5個。6. 請結(jié)合圖示詳細(xì)描述出-CH2-，H2O和CO2的各種分子振動模式。7. 簡述分子吸收紅外輻射必須滿足的兩個條件1. 紅外輻射光的頻率與分子振動的頻率相 當(dāng)，才能滿足分子振動能級躍遷所需的能量，而產(chǎn)生吸收光譜。 2. 必須是能引起分子偶極矩變化的振動才能產(chǎn)生紅外吸收光譜。8. 說出紅外

3、光譜大致分為兩個區(qū)，及對應(yīng)的波數(shù)范圍。官能團(tuán)區(qū)（4000-1330 cm-1）指紋區(qū)（1330-400 cm-1）。9. 指出紅外光譜劃分為四個區(qū)，對應(yīng)的頻率范圍和包括的特征振動基團(tuán)、振動類型。在中紅外區(qū)4000-400cm-1，可劃分為四個區(qū)域，（1）X-H伸縮振動區(qū)（X代表C、O、N、S等原子）。頻率范圍為4000-2500cm-1，該區(qū)主要包括O-H，N-H，C-H等的伸縮振動。（2）叁鍵和累積雙鍵區(qū)，頻率范圍在2500-2000cm-1，主要包括-CC-，-CN等叁鍵的伸縮振動和-C=C=C，-C=C=O等累積雙鍵的反對稱伸縮振動。（3）雙鍵伸縮振動區(qū)，頻率范圍在2000-1500cm

4、-1區(qū)域，該區(qū)主要包括C=O，C=C，C=N，N=O等的伸縮振動以及苯環(huán)的骨架振動，芳香族化合物的倍頻譜帶。（4）部分單鍵振動及指紋區(qū)域，頻率范圍在1500-600cm-1，主要有C-H，O-H等的變形振動以及C-O，C-N，C-X等的伸縮振動及芳環(huán)的C-H彎曲振動。 10. 在紅外光譜中影響基團(tuán)頻率位移的誘導(dǎo)效應(yīng)和共軛效應(yīng)概念。誘導(dǎo)效應(yīng)：在具有一定極性的共價鍵中，隨著取代基的電負(fù)性不同而產(chǎn)生不同程度的靜電誘導(dǎo)作用，引起分子中電荷分布的變化，從而改變了鍵力常數(shù)，改變振動頻率。共軛效應(yīng)：在單雙鍵交替的化合物中（如1,3-丁二烯），所有的碳原子都在一個平面上。由于電子云的可動性，使分子中間的C-C

5、單鍵具有一定程度的雙鍵性，同時原來的雙鍵鍵能稍有減弱。11. 以C=O為例說明內(nèi)部因素對基團(tuán)振動頻率的影響。例如：取代基電負(fù)性：R < O-R < Cl < F隨取代基電負(fù)性增強(qiáng)而使羰基伸縮振動頻率向高頻方向位移。由于共軛效應(yīng)引起的羰基伸縮振動頻率的降低，可由下面幾個取代丙酮類化合物的吸收頻率來加以證實(shí)。12. 說明形成氫鍵后紅外光譜發(fā)生的變化。對于伸縮振動，生成氫鍵后譜帶發(fā)生三個變化，即譜帶加寬、吸收強(qiáng)度加大、向低頻方向位移。但是對于彎曲振動，氫鍵則引起譜帶變窄、同時向高頻方向位移。13. 紅外譜帶的三個特征。（1）譜帶的位置，譜帶的位置是表征某一基團(tuán)存在的最有用的特征，即

6、譜帶的特征振動頻率。（2）譜帶的強(qiáng)度，紅外吸收光譜圖上的吸收峰高、矮，可以說明相對強(qiáng)度。譜帶的絕對強(qiáng)度，需用摩爾吸光系數(shù)來描述。影響譜帶強(qiáng)度的因素有基團(tuán)極性、該基團(tuán)存在濃度及相鄰基團(tuán)影響。(3)譜帶的形狀，譜帶形狀通常是指譜帶的寬窄，與譜帶的半峰寬相關(guān)。有時從譜帶的形狀也可以得到有關(guān)基團(tuán)的一些信息。14. 簡述色散型紅外光譜儀和傅里葉紅外光譜儀的不同。色散型紅外光譜儀利用色散元件進(jìn)行分光，而傅里葉紅外光譜儀利用Michelson干涉儀，它將光源來的信號以干涉圖的形式送往計算機(jī)進(jìn)行Fourier變換的數(shù)學(xué)處理，最后將干涉圖還原成光譜圖。所以它們在計算機(jī)處理中也存在差別。15. 簡述傅里葉紅外光譜

7、儀的主要的優(yōu)點(diǎn)。(1) 信號的“多路傳輸”(2) 輻射通量大(3) 波數(shù)精度的提高(4) 高的分辨能力(5) 光譜的數(shù)據(jù)化形式 16. 簡述利用鹵化物壓片法制備紅外光譜樣品。利用在整個中紅外區(qū)是透明的材料溴化鉀作為母體，溴化鉀易吸水，所以事先把粉末烘干，制成薄片后盡快測量。具體制備方法：(1)將溴化鉀和樣品以200:1質(zhì)量比；(2)相混后仔細(xì)研磨；(3)在抽真空壓成透明薄片。 17. 拉曼散射，拉曼位移，斯托克斯線和反斯托克斯線。當(dāng)一束固定頻率的入射光照射到樣品時，少部分入射光子與樣品發(fā)生碰撞后向各個方向散射。入射光子與分子發(fā)生能量交換的散射稱為拉曼散射。拉曼位移：斯托克斯線及反斯托克斯線與入

8、射光頻率的差。斯托克斯線：在拉曼光譜中，若光子把一部分能量給樣品分子，使一部分處于基態(tài)的分子躍遷到激發(fā)態(tài)，散射光能量減少，在測量到的散射光中，檢測到（v0-v）的譜線稱為斯托克斯線。反斯托克斯線：若光子從樣品激發(fā)態(tài)分子中獲得能量，樣品分子從激發(fā)態(tài)回到基態(tài)，則大于入射光頻率處可測得頻率為（v0+v）的散射光線，稱為反斯托克斯線。18. 簡述激光拉曼光譜與紅外光譜比較的兩點(diǎn)不同。物理過程不同，拉曼效應(yīng)為散射光譜，紅外光譜是吸收光譜，對應(yīng)的是與某一吸收頻率能量相等的（紅外）光子被分子吸收。選擇定則不同，在紅外光譜中，某種振動是否具有紅外活性，取決于分子振動時偶極矩是否發(fā)生變化。一般極性分子及基團(tuán)的振動引起偶極矩的變化，故通常是紅外活性的。拉曼光譜則不同，一種分子振動是否具有拉曼活性取決于分子振動時極化率是否發(fā)生改變。19. 拉曼光譜的優(yōu)缺點(diǎn)。與紅外光譜相比，拉曼光譜具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)、任何尺寸、形狀、透明度的樣品，均可用拉曼光譜測試?？梢詼y量極微量的樣品。(2)、可用于測量含水樣品。玻璃可作為理想的窗口材料，用于拉曼光譜的測量。(3)、 對于聚合物及其他分子以得到更為豐富的譜帶。S-S，C-C，C=C，N=N等紅外較弱的官能團(tuán)，在拉