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儀器分析

李術(shù)艷

漳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院

情境三用紅外光譜法分析物質(zhì)的結(jié)構(gòu)任務(wù)2了解紅外光譜基本原理知識(shí)點(diǎn)1分子的紅外振動(dòng)形式1.雙原子分子的振動(dòng)化學(xué)鍵的振動(dòng)類似于連接兩個(gè)小球的彈簧一、分子基本振動(dòng)形式這個(gè)體系的振動(dòng)頻率可通過Hooke定律導(dǎo)出:

式中NA——阿伏伽德羅常數(shù),6.022×1023個(gè)/mol;c——光速,3×1010cm/s;k——化學(xué)鍵的力常數(shù),N/cm;μ——兩個(gè)原子的折合質(zhì)量,g。其中:

將有關(guān)常數(shù)代入得:

【例題3-1】HCl分子的健力常數(shù)為5.1牛頓·厘米-1,試估計(jì)該分子的振動(dòng)頻率。

解:

(實(shí)測(cè)值為2886cm-1)

K=5.1N/cm討論力常數(shù)越大,折合質(zhì)量越小,化學(xué)鍵的振動(dòng)頻率(波數(shù))越高。C-C、C=C、C≡C三種碳-碳鍵的折合原子量相同,而鍵力常數(shù)依次為單鍵<雙鍵<叁鍵,所以波數(shù)也依次增大。C-C、C-H、O-H都屬于單鍵,鍵力常數(shù)相近,而折合原子量

O-H<

C-H<

C-C

,因此O-H鍵的振動(dòng)頻率最大。2.多原子分子的振動(dòng)

兩類基本振動(dòng)形式:伸縮振動(dòng)、彎曲振動(dòng)

υ(υs-對(duì)稱伸縮振動(dòng),υas-不對(duì)稱伸縮振動(dòng))

①伸縮振動(dòng)用υ表示,是指原子沿著鍵軸方向作周期性伸縮,鍵長(zhǎng)發(fā)生變化而鍵角不變的振動(dòng)稱為伸縮振動(dòng)。亞甲基的伸縮振動(dòng)

②彎曲振動(dòng)

1、面內(nèi)彎曲:β:δ—剪式,ρ—搖擺2、面外彎曲:γ:ω—搖擺,τ—扭曲亞甲基的彎曲振動(dòng)形式示意圖彎曲振動(dòng)用δ表示,又叫變形或變角振動(dòng),基團(tuán)鍵角發(fā)生周期變化而鍵長(zhǎng)不變的振動(dòng)。例:H2O;非線性分子,振動(dòng)形式為:水分子的伸縮振動(dòng)。其中對(duì)稱伸縮振動(dòng)(3652cm-1);反對(duì)稱伸縮振動(dòng)(3756cm-1)例:CO2;線性分子,4種振動(dòng)形式但紅外光譜上只看到2349cm-1,667cm-1兩個(gè)峰。

振動(dòng)的類型伸縮振動(dòng)對(duì)稱伸縮振動(dòng)(Vs)反對(duì)稱伸縮振動(dòng)(Vas)面內(nèi)變形面外變形剪式振動(dòng)(δ)面內(nèi)搖擺振動(dòng)(ρ)面外搖擺振動(dòng)(ω)扭曲變形振動(dòng)(τ)

簡(jiǎn)單振動(dòng)的類型變形振動(dòng)假設(shè),分子由N個(gè)原子組成,分子有3N個(gè)自由度:非線性分子:轉(zhuǎn)動(dòng)有三個(gè)自由度

線型分子:轉(zhuǎn)動(dòng)有二個(gè)自由度一般分子:振動(dòng)數(shù)=3N–6

線型分子:振動(dòng)數(shù)=3N–5每種振動(dòng)方式相應(yīng)地產(chǎn)生一個(gè)基頻吸收峰,各種振動(dòng)方式所需能量不同,吸收不同頻率的紅外光。

二、基本振動(dòng)數(shù)的計(jì)算峰數(shù)少于分子的振動(dòng)自由度數(shù)目,原因:(1)某些振動(dòng)不使分子發(fā)生偶極矩的變化,不產(chǎn)生紅外吸收;(2)相同頻率的振動(dòng)吸收重疊;(3)儀器分辨率不高,不能區(qū)分頻率相近的振動(dòng);(4)某些吸收在儀器檢測(cè)范圍之外。例如:CO2的紅外吸收光譜(2349cm-1

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