ВЛИЯНИЕ ВНУТРЕННЕГО СТРОЕНИЯ НА ПАРАМЕТРЫ
КОЛЕБАТЕЛЬНЫХ СПЕКТРОВ………………………………. <...> ВЛИЯНИЕ АГРЕГАТНОГО СОСТОЯНИЯ ВЕЩЕСТВА НА
КОЛЕБАТЕЛЬНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ИК СПЕКТРОВ…………..... <...> Энергии внутренних и валентных
подуровней атома достаточно сильно различаются. <...> 4
ГЛАВА 1
ЭЛЕМЕНТЫ ТЕОРИИ КОЛЕБАТЕЛЬНЫХ СПЕКТРОВ
Колебательная спектроскопия рассматривает взаимодействие электромагнитного излучения с веществом в области 2,5-0,7 мкм (4000-300 см-1). <...> Электромагнитная волна характеризуется также так
называемым «волновым числом» ν, см-1. <...> ЭЛЕМЕНТАРНАЯ МЕХАНИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ
КОЛЕБАНИЯ ДВУХАТОМНОЙ МОЛЕКУЛЫ
Для выяснения физического смысла параметров колебательных спектров полезно рассмотреть механическое колебание двухатомной молекулы. <...> Колебание двухатомной молекулы в первом приближении можно представить в виде колебания гармонического осциллятора:
f = -kΔr <...> НОРМАЛЬНЫЕ КОЛЕБАНИЯ МОЛЕКУЛ
Для описания движения частицы или атома необходимы три координаты (или степени свободы). <...> Для анализа колебаний молекулы чаще всего используют естественные координаты, которыми являются изменение длин связей и валентных углов изучаемой молекулы. <...> (1.11),
где С1, С2, ...СN -коэффициенты, характеризующие
вклад данного естественного колебания в нормальное колебание;
qi - координаты изменения длин связей; βi - изменение валентных углов (деформационные колебания). <...> Число нормальных колебаний для такой молекулы будет равно
(3·3 - 6) = 3; из них - два валентных и одно деформационное колебания (Рис. <...> ОСНОВЫ КЛАССИЧЕСКОЙ ТЕОРИИ
КОЛЕБАТЕЛЬНЫХ СПЕКТРОВ
Согласно законам классической электродинамики изменение дипольного момента молекулы (µ) во время колебания сопровождается поглощением или выделением электромагнитного излучения. <...> .
dq
4 dq i2
В уравнении (1.16) μо - значение дипольного момента
молекулы в равновесном состоянии. <...> Теория колебаний многоатомных молекул
Колебание многоатомной молекулы можно представить в виде совокупности нормальных колебаний <...>
_Применение_ИК-спектроскопии_в_химии.pdf
Б.Е. Зайцев, О.В. Ковальчукова, С.Б. Страшнова
ПРИМЕНЕНИЕ
ИК-СПЕКТРОСКОПИИ
В ХИМИИ
Конспект лекций
Москва
Российский университет дружбы народов
2008
Стр.2
ББК 24
З-12
У т в е р ж д е н о
РИС Ученого совета
Российского университета
дружбы народов
Рец енз е н т :
доктор химических наук, профессор К.И. Кобраков
Зайцев Б.Е., Ковальчукова О.В., Страшнова С.Б.
З-12 Применение ИК-спектроскопии в химии: Конспект лекций.
– М.: РУДН, 2008. – 150 c.
ISBN 978-5-209-03292-2
Цель пособия – помочь студентам в освоении теоретических
основ ИК-спектроскопии и применении этих знаний на практике.
Предназначено
для магистров факультета физикоматематических
и естественных наук направлений: «Неорганическая
химия», «Органическая химия» и «Химия окружающей среды».
Конспект
лекций может быть также рекомендован аспирантам,
научным сотрудникам и преподавателям, специализирующимся
в различных областях химии.
ISBN 978-5-209-03292-2
ББК 24
© Зайцев Б.Е., Ковальчукова О.В., Страшнова С.Б., 2008
© Российский университет дружбы народов, Издательство, 2008
Стр.3
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ ……………………………………………………………... 4
ГЛАВА 1. ЭЛЕМЕНТЫ ТЕОРИИ КОЛЕБАТЕЛЬНЫХ СПЕКТРОВ . 5
1.1. ЭЛЕМЕНТАРНАЯ МЕХАНИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ КОЛЕБАНИЯ
ДВУХАТОМНОЙ МОЛЕКУЛЫ……………………………..……. 5
1.2. НОРМАЛЬНЫЕ КОЛЕБАНИЯ МОЛЕКУЛ……….……….……... 8
1.3. ОСНОВЫ КЛАССИЧЕСКОЙ ТЕОРИИ КОЛЕБАТЕЛЬНЫХ
СПЕКТРОВ…………………………………………………..……… 10
1.4. ЭЛЕМЕНТЫ СИММЕТРИИ МОЛЕКУЛ……….………….…...... 16
1.5. СИЛОВЫЕ ПОСТОЯННЫЕ….…………………………………..... 30
1.6. ПРАВИЛА ОТБОРА В ИК И КР СПЕКТРА……………….…… 32
ГЛАВА 2. ОСНОВЫ ПРИМЕНЕНИЯ КОЛЕБАТЕЛЬНОЙ
СПЕКТРОСКОПИИ В ХИМИИ…………………………………........... 35
2.1. ФИЗИЧЕСКИЙ СМЫСЛ ПАРАМЕТРОВ КОЛЕБАТЕЛЬНЫХ
СПЕКТРОВ………………………………………………………….. 36
2.2. ХАРАКТЕРИСТИЧНОСТЬ ПАРАМЕТРОВ В ИК СПЕКТРАХ… 40
2.3. ВЛИЯНИЕ ВНУТРЕННЕГО СТРОЕНИЯ НА ПАРАМЕТРЫ
КОЛЕБАТЕЛЬНЫХ СПЕКТРОВ……………………………….…. 43
2.4. ВЛИЯНИЕ ОКРУЖЕНИЯ НА ПАРАМЕТРЫ ИК СПЕКТРОВ.. 53
2.5. ВЛИЯНИЕ АГРЕГАТНОГО СОСТОЯНИЯ ВЕЩЕСТВА НА
КОЛЕБАТЕЛЬНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ИК СПЕКТРОВ…………..... 62
2.6. КОЛИЧЕСТВЕННОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЕЩЕСТВА.………...…
63
ГЛАВА 3 КОЛЕБАТЕЛЬНЫЕ СПЕКТРЫ НЕКОТОРЫХ
КЛАССОВ СОЕДИНЕНИЙ …………………………………………….. 74
3.1. НЕКОТОРЫЕ КОРРЕЛЯЦИИ ПАРАМЕТР-СВОЙСТВО
ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ГРУПП ОРГАНИЧЕСКИХ МОЛЕКУЛ.. 74
3.2. ХАРАКТЕРИСТИЧНЫЕ КОЛЕБАНИЯ НЕОРГАНИЧЕСКИХ
МОЛЕКУЛ И ИОНОВ…................................................................ 96
3.3. ПРИМЕНЕНИЕ ИК СПЕКТРОСКОПИИ В ИССЛЕДОВАНИИ
ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ…………………………………. 112
ГЛАВА 4 РЕШЕНИЕ НЕКОТОРЫХ ЗАДАЧ В ХИМИИ
МЕТОДОМ ИК СПЕКТРОСКОПИИ………………………….……….. 126
4.1. ИЗУЧЕНИЕ ТАУТОМЕРНЫХ ПРЕВРАЩЕНИЙ…………….… 126
4.2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЦЕНТРА ПРОТОНИРОВАНИЯ МОЛЕКУЛ….. 131
4.3. ОБРАЗОВАНИЕ КООРДИНАЦИОННЫХ СВЯЗЕЙ…………… .. 135
4.4. СТЕРИЧЕСКИЕ ПРЕПЯТСТВИЯ…………………………………. 136
4.5. ВВНУТРИМОЛЕКУЛЯРНАЯ ВОДОРОДНАЯ СВЯЗЬ………….. 139
4.6. ВЛИЯНИЕ АГРЕГАТНОГО СОСТОЯНИЯ ВЕЩЕСТВА……….. 144
4.7. ОЦЕНКА СТЕПЕНИ КОВАЛЕНТНОСТИ
КООРДИНАЦИОННОЙ СВЯЗИ……………………………........... 147
3
Стр.4
ВВЕДЕНИЕ
В основе применения физических методов исследований
в химии лежит связь между характеристиками физических
сигналов и химическим составом, молекулярным и
электронным строением вещества.
Известно, что любое вещество состоит из определенных
атомов, которые, в свою очередь, состоят из ядер и
электронных оболочек. Энергии внутренних и валентных
подуровней атома достаточно сильно различаются. Общая
энергия молекул состоит из поступательной, вращательной и
колебательной энергий ядра и электронов. При изучении
строения молекул или атомов используют различные методы
их энергетического возбуждения. К основным методам относятся:
рентгеновское, ультрафиолетовое, инфракрасное
излучения, а также – энергия магнитного поля. Результат такого
возбуждения экспериментально фиксируется в виде
сигнала на регистрирующем приборе в виде полос либо линий
в соответствующем спектре. Параметры этих полос являются
физическими сигналами, несущими информацию о
типе, строении и свойствах молекул или атомов. Название
существующих физических методов исследований соответствует
способу возбуждения электронов в веществе.
В настоящем пособии рассмотрены некоторые аспекты
теории и применения ИНФРАКРАСНОЙ (ИК) спектроскопии
в химии.
4
Стр.5