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文档介绍

文档介绍:红外光谱测试实验
一、引言
红外光谱法是鉴别化合物和确定物质分子结构的常用手段之一,用于物质(在振动中伴随有偶极矩变化的化合物)的定性鉴别和定量分析,广泛应用于有机化学、高分子化学、无机化学、化工、催化、石油、材料、生物、医药、环境等领称仰动(n或①)。后者两个键异方向运动,为扭动(t)。它们都是平面外的弯曲振动(面外)。上述面内和面外弯曲振动有时以和“Y”分别表示之。
同等原子之间键的伸缩振动所需能量远比弯曲振动的能量高,因此伸缩振动的吸收峰波数比相应键的弯曲振动峰波数高。
1)
〔Vs)
b・不对称伸缩振动(Vas)+J
SjnTUTLetricstretching(.Vs^htl.)
1申言宿扼討](.stretchingvibratiun.):
Amymjn已triestretching(.VasjnTL.)4
Ch:mgeinbemd1engths
rocking(.p.)
i.'raggmg
(TWtwisting/t弯曲振动(bendingvibration):Changeinbondangles*-1
非线型分子中基团的各种振动方式"
图1非线型分子的振动方式
(4)双原子形成化学键的波数
以经典力学来处理分子中化学键的振动:将复杂分子看成是由不同质量的小球和不同倔强系数的弹簧组成的,小球代表原子,弹簧代表化学键。化学键振动近似为弹簧振子。若将双原子看成是质量分别为m「m2的两个小球,把它们之间的化学键看成质量可忽略不计的弹簧,其长度为r(键长),两个原子(谐振子)之间的伸缩振动可近似地看成沿轴线方向的简谐振动。
图2双原子振动模型
伸缩振动的基频可由胡克(Hooke)定律推导的式(1)计算其近似值
2)
式中:f——键的振动基频(单位为Hz)
V波数(单位为cm-1)
c光速(3XlOiocm•s-i)
k——化学键的力常数(其单位:-i)
m——折合原子质量(单位:g)
可见,双原子分子红外吸收的频率决定于折合质量和键力常数。
若力常数k用N・cm-1为单位,折合质量m以原子量为单位,则上式可简化为
(cm-1)
式中叫为Avogadro常数(-i)
表2常见化学键的伸缩力常数

分子
k/N・cm-1

分子
k/N*cm-1
H-F
HF

H-C
CH2=CH2

H-Cl
HCl

H-C
CH三CH

H-Br
HBr

C-Cl
CH3Cl

H-I
HI

c-c

H-O
H2O

C=C

H—0游离

C=C

H-S
H2S

C-O

H-N
NH3

C=O

H-C
CH3X

C=N

[例]计算HCl分子(k=・cm-1)的振动波数。
解:
^=1302i=^_1
^()/(+)
-】。
[例]计算-C=0(k=・cm-1)的振动波数。
解:
U=1302空=-1
()/(+)
式(1)和式(2)表明影响基本振动跃迁的频率或波数的直接因素为化学键力常数k和原子
质量m。k越大,化学键的振动频率或波数越高,如
kC三c(2222cnn)>kC=C(1667cnn)>kC-C(1429cnn)(质量相近)
m越大,化学键的振动频率或波数越低,如
m(1430cnn)>mCN(1330cmi)>m(1280cnn)(力常数相近)
C-CC-NC-O
需说明的是,经典力学导出的波数计算式为近似式。因为振动能量变化是量子化的,分子中各基团之间、化学键之间会相互影响,即分子振动的波数与分子结构(内因)和所处的化学环境(外因)有关。
红外光谱产生的条件
当以红外光照射物质分子时,可能产生红外吸收。但并不是分子的任何振动都能产生红外吸收光谱,只有物质吸收了电磁辐射满足下列两个条件时,才能产生红外吸收光谱。
条件之一:光辐射的能量恰好能满足物质分子振动跃迁所需的能量。

E=hu=△E>=Evn~Ev0
说明了只有当红外辐射频率等于振动能级跃迁时的能量时,物质分子才能吸收红外光辐射,产生红外光谱。这是红外光谱产生的第一个条件。
条件之二:光辐

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