文档介绍：第十五章 红外吸收光谱分析法
概述
IR产生条件
分子振动和振动频率
基团特征振动频率
第一节红外吸收光谱分析法基础
Infrared absorption
spectroscopy,IR
Base of IR
2017/11/11
概述
分子中基团的振动和转动能级跃迁产生:振-转光谱
辐射→分子振动能级跃迁→红外光谱→官能团→分子结构
近红外区
中红外区
远红外区
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红外光谱图:
纵坐标为吸收强度,
横坐标为波长λ( m )
和波数1/λ(cm-1 )
应用:有机化合物的结构解析。
定性:基团的特征吸收频率;
定量:特征峰的强度。
红外光谱与有机化合物结构
可以用峰数,峰位,峰形,峰强来描述。
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红外吸收光谱产生的条件
满足两个条件:
(1)辐射应具有能满足物质产生振动跃迁所需的能量;
(2)辐射与物质间有相互偶合作用。
对称分子:没有偶极矩,辐射不能引起共振,无红外活性。
如:N2、O2、Cl2 等。
非对称分子:有偶极矩,红外活性。
偶极子在交变电场中的作用示意图。
(动画)
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分子振动与振动频率
双原子分子(A—B)的简谐振动(谐振子) 。虎克定律:
f = -kr
分子振动模型
多原子分子双原子集合
(1)谐振子
f :弹簧的恢复力; k:力常数;r = r - r 0:平衡位置的位移。系统的势能函数E和动能函数T分别为:
:折合质量, = m1m2 / (m1+m2)。
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质点系统的运动方程为:
其解为:
谐振子的机械振动频率ν(或波数)
及力常数 k 为:
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谐振子的势能曲线:
由量子力学理论,谐振子的能量不能连续任意取值(量子化),该体系不含时间变量的薛定谔方程:
解得系统能量为:
= 0、1、2、3……(:振动量子数) 。
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将经典力学式
代入
得:
振动量子数= 0 时,系统能量E 0,零点能。
= 0 时,基态:E= h/ 2; > 0 时,激发态。
基态跃迁到第一激发态所产生的吸收称为基频吸收。
振动能级跃迁应遵守选择规则,对于谐振子体系只有两个相邻能级间的跃迁才是允许的,其振动量子数的变化应为:
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任意两个相邻的能级间的能量差为:
K:化学键的力常数,与键能和键长有关;
:双原子的折合质量=m1m2/(m1+m2)
发生振动能级跃迁需要能量的大小取决于键两端原子的折合质量和键的力常数,即取决于分子的结构特征。
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表某些键的伸缩力常数(毫达因/埃)
键类型—CC —> —C =C —> —C — C —
力常数 15 17
峰位 m m m
化学键键强越强(即键的力常数K越大)原子折合质量越小,化学键的振动频率越大,吸收峰将出现在高波数区。
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