Колебания молекул.

Условно атомы в молекуле можно представить в виде шаров, а химические связи в виде упругих пружин, тогда растяжение и сжатие пружин будет моделировать колебания атомов в молекуле.

Нормальные колебания принято подразделять на валентные (v) и деформационные (d).

Валентные –колебания, при которых расстояние между двумя атомами уменьшается или увеличивается, но атомы находятся на оси валентной связи, т.е. изменяется только длина связи. Валентные колебания делятся на симметричные (v_a)-силы действуют симметрично:

 

 

И ассиметричные (v_as):

 

Деформационные- колебания, связанные с изменением угла связи или с колебанием группы атомов относительно остальной части молекул:

1) Плоскостные:

Ножничные маятниковые

 

2) неплоскостные:

веерные крутильные

 

 

Частота валентных колебаний значительно выше частоты деформационных.

Из законов классической механики известно, что частота валентного колебания выражается законом Гука:

, где

К-коэф.пропорциональности, называется силовой постоянной связи и характеризует жесткость связи (упругость связи), m=m₁m₂/m₁+m₂ приведенная масса.

В многоатомной молекуле все ядра совершают сложные колебательные движения. Потенциальную энергию такой молекулы приближенно можно представить в виде суммы потенциальных энергий связей и валентных углов. Это позволяет сложное колебательное движение многоатомной молекулы представить в виде так называемых нормальных колебаний, при которых все ядра молекулы колеблются с одинаковой частой. Число нормальных колебаний соответствует числу колебательных степеней свободы в молекуле. У N-атомной нелинейной молекулы имеется (3N-6) колебательных степеней свободы, а у линейной (3N-5). Энергия каждого нормального колебания выражается формулой, отвечающей энергии гармонического осциллятора:

 

E_n = hn₀(v+1/2)

Где Е_n- энергия колебательного уровня, n₀- частота гармонического осциллятора, v =1,2,3 –колебательное квантовое число.

а полная колебательная энергия многоатомной молекулы равна сумме энергий ее нормальных колебаний:

Е_i и n_I – энергия и частота i-го нормального колебания, n-число нормальных колебаний.

 

Приборы:большинство спектрофотометров для ИК-области состоят из тех же узлов, что и приборы для видимой и УФ-областей, однако оптические детали приборов изготавливают не из стекла или кварца, а из др. материалов. Линзы заменяют на вогнутые зеркала, окна выполняют из мин. Солей. В качестве источников излучения используют штифт Нернста, глобар и д.р., в качестве детекторов - приемники, преобразующие тепловую энергию в электрическую (болометры, термоэлементы и д.р.). Для регистрации спектров в далекой инфракрасной области (400-10 см^-1) используют Фурье-спектрометры, в них вместо монохроматоров применяют интерферометры-

Регистрация всего спектра занимает несколько секунд, и они обладают большей разрешающей способностью.