Διατομικά μόρια- Περιστροφική ενέργεια δονητικά φάσματα Raman

Σχετικά έγγραφα
Διατομικά μόρια- Περιστροφική ενέργεια δονητικά - περιστροφικά φάσματα

ΠΙΑΣ ΑΤΟΣΚΟΠ ΦΑΣΜΑ ΑΣ ΚΑΙ ΧΗΜΕΙΑ ΝΤΙΚΗΣ ΕΣ ΚΒΑΝ ΑΡΧΕ

Μοριακή Φασματοσκοπία I. Παραδόσεις μαθήματος Θ. Λαζαρίδης

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΙΩΑΝΝΙΝΩΝ ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ. Σύγxρονη Φυσική II. Μοριακή Δομή ΙΙ Διδάσκων : Επίκ. Καθ. Μ. Μπενής

December 19, Raman. Stokes. Figure 1: Raman scattering

PLANCK 1900 Προκειμένου να εξηγήσει την ακτινοβολία του μέλανος σώματος αναγκάστηκε να υποθέσει ότι η ακτινοβολία εκπέμπεται σε κβάντα ενέργειας που

Μοριακός Χαρακτηρισμός

ΜΟΡΙΑΚΗ ΦΑΣΜΑΤΟΣΚΟΠΙΑ

Μέθοδοι έρευνας ορυκτών και πετρωμάτων

Εφαρμογές της θεωρίας ομάδων

Διατομικά μόρια- Περιστροφή Σταθερός περιστροφέας (rigid rotator) Φυγόκεντρη παραμόρφωση

Ασκήσεις Φασµατοσκοπίας

ΦΑΣΜΑΤΑ ΕΚΠΟΜΠΗΣ ΑΠΟΡΡΟΦΗΣΗΣ

ΚΒΑΝΤΙΚΗ ΦΥΣΙΚΗ: Τα άτομα έχουν διακριτές ενεργειακές στάθμες ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΣΤΑ ΦΑΣΜΑΤΑ

Μοριακά φάσματα. Όσον αφορά τα ενεργειακά επίπεδα των ηλεκτρονίων σε ένα μόριο, αυτά μελετήθηκαν σε μια πρώτη προσέγγιση μέσω της μεθόδου LCAO.

Οργανική Χημεία. Κεφάλαια 12 &13: Φασματοσκοπία μαζών και υπερύθρου

PLANCK 1900 Προκειμένου να εξηγήσει την ακτινοβολία του μέλανος σώματος αναγκάστηκε να υποθέσει ότι η ακτινοβολία εκπέμπεται σε κβάντα ενέργειας που

( J) e 2 ( ) ( ) x e +, (9-14) = (9-16) ω e xe v. De = (9-18) , (9-19)

ΥΠΕΡΥΘΡΗ ΦΑΣΜΑΤΟΣΚΟΠΙΑ (IR)

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΙΣ ΦΑΣΜΑΤΟΜΕΤΡΙΚΕΣ ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΚΥΜΑΤΙΚΕΣ ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ

Φασματοσκοπίας UV/ορατού Φασματοσκοπίας υπερύθρου Φασματοσκοπίας άπω υπερύθρου / μικροκυμάτων Φασματοσκοπίας φθορισμού Φασματοσκοπίας NMR

ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ-ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΦΥΣΙΚΗΣ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ

Μέθοδοι έρευνας ορυκτών και πετρωμάτων

Δx

ΦΥΣΙΚΟΧΗΜΕΙΑ Ι (ΧΗΜ-048)

Φασματοσκοπία Υπερύθρου (IR, FTIR)

ΜΟΡΙΑΚΗ ΦΑΣΜΑΤΟΣΚΟΠΙΑ

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΙΣ ΦΑΣΜΑΤΟΜΕΤΡΙΚΕΣ ΤΕΧΝΙΚΕΣ (SPECTROMETRIC TECHNIQUES)

ΦΥΣΙΚΟΧΗΜΕΙΑ I Ασκήσεις

Ενόργανη Ανάλυση II. Ενότητα 3: Εισαγωγή στις φασματομετρικές τεχνικές. Θωμαΐδης Νικόλαος Τμήμα Χημείας Εργαστήριο Αναλυτικής Χημείας

Από τις σημειώσεις του καθηγητή Stewart McKenzie c.uk/teaching.html. Μοριακά ενεργειακά επίπεδα. τυπικά

Μοριακά Τροχιακά ιατοµικών Μορίων

ΦΥΣΙΚΟΧΗΜΕΙΑ I Ενότητα 12 Μοριακά Φάσματα Δημήτρης Κονταρίδης Αναπληρωτής Καθηγητής Πολυτεχνική Σχολή Τμήμα Χημικών Μηχανικών

Κεφάλαια (από το βιβλίο Serway-Jewett) και αναρτημένες παρουσιάσεις

ΦΥΣΙΚΕΣ ΜΕΘΟΔΟΙ ΣΤΗΝ ΑΝΟΡΓΑΝΗ ΧΗΜΕΙΑ

ΑΠΟΛΥΤΗΡΙΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ Δ ΤΑΞΗΣ ΕΝΙΑΙΟΥ ΕΣΠΕΡΙΝΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ ΠΑΡΑΣΚΕΥΗ 24 ΜΑΪΟΥ 2002 ΕΞΕΤΑΖΟΜΕΝΟ ΜΑΘΗΜΑ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙΔΕΙΑΣ : ΦΥΣΙΚΗ

Η ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΤΟΥ ΑΤΟΜΟΥ ΤΟΥ ΥΔΡΟΓΟΝΟΥ

Φωταύγεια. Θεόδωρος Λαζαρίδης

Ιστορική αναδρομή του φαινομένου Raman

Κυματική φύση της ύλης: ΚΒΑΝΤΙΚΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗ. Φωτόνια: ενέργεια E = hf = hc/λ (όπου h = σταθερά Planck) Κυματική φύση των σωματιδίων της ύλης:

ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ. Εκπέμπεται από σώματα που έχουν θερμοκρασία Τ > 0 Κ. Χαρακτηρίζεται από το μήκος κύματος η τη συχνότητα

Γκύζη 14-Αθήνα Τηλ :

ιαγώνισμα στη Φυσική Γ Λυκείου Κατεύθυνσης Επαναληπτικό Ι

ΒΙΟΦΥΣΙΚΗ. Αλληλεπίδραση ιοντίζουσας ακτινοβολίας και ύλης.

ΓΕΝΙΚΗ ΚΑΙ ΑΝΟΡΓΑΝΗ ΧΗΜΕΙΑ

γ ρ α π τ ή ε ξ έ τ α σ η σ τ ο μ ά θ η μ α Φ Υ Σ Ι Κ Η Γ Ε Ν Ι Κ Η Σ Π Α Ι Δ Ε Ι Α Σ B Λ Υ Κ Ε Ι Ο Υ

ΜΑΘΗΜΑ / ΤΑΞΗ : ΦΥΣΙΚΗ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙΔΕΙΑΣ/Γ ΛΥΚΕΙΟΥ ΣΕΙΡΑ: ΑΠΟΦΟΙΤΟΙ ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ: 09/01/12 ΛΥΣΕΙΣ

ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ ΣΤΗ ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ ΤΗΣ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ

Το φως διαδίδεται σε όλα τα οπτικά υλικά μέσα με ταχύτητα περίπου 3x10 8 m/s.

είναι τα μήκη κύματος του φωτός αυτού στα δύο υλικά αντίστοιχα, τότε: γ. 1 Β) Να δικαιολογήσετε την επιλογή σας.

ΦΥΣΙΚΗ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙΔΕΙΑΣ

ΦΑΣΜΑΤΟΣΚΟΠΙΑ ΟΡΓΑΝΙΚΩΝ ΕΝΩΣΕΩΝ

ΘΕΜΑ 1 ο Στις ερωτήσεις 1-4 να γράψετε στο τετράδιό σας τον αριθμό της ερώτησης και δίπλα το γράμμα, που αντιστοιχεί στη σωστή απάντηση. 1.

Το Ηλεκτρομαγνητικό Φάσμα

ΦΥΣΙΚΗ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙΔΕΙΑΣ ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ Α

Λύσεις 3 ης Γραπτής Εργασίας (Φασματοσκοπία)

Γ' ΛΥΚΕΙΟΥ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙ ΕΙΑΣ ΦΥΣΙΚΗ ΕΚΦΩΝΗΣΕΙΣ ÎÕÓÔÑÁ

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ & ΕΠΑ.Λ. Β 10 ΙΟΥΝΙΟΥ 2014 ΕΚΦΩΝΗΣΕΙΣ

ATKINS. Κεφ 12: Περιστροφικά και δονητικά φάσματα

December 18, M + hv = M + + e + E kin (1) P ki = σ ki n L (2)

ΦΥΣΙΚΗ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙ ΕΙΑΣ ΤΡΙΤΗ 22 MAIΟΥ 2007 ΕΚΦΩΝΗΣΕΙΣ

ΘΕΜΑ 1 ο Στις ερωτήσεις 1-4 να γράψετε στο τετράδιό σας τον αριθμό της ερώτησης και δίπλα το γράμμα, που αντιστοιχεί στη σωστή απάντηση.

ΦΥΣΙΚΗ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙΔΕΙΑΣ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ

1 Ο ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΟ ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ - ΕΚΦΩΝΗΣΕΙΣ

ΑΡΧΗ 1ΗΣ ΣΕΛΙ ΑΣ Γ ΗΜΕΡΗΣΙΩΝ ΕΣΠΕΡΙΝΩΝ

ΑΡΧΗ 1ΗΣ ΣΕΛΙ ΑΣ ΕΣΠΕΡΙΝΩΝ

ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ ΣΤΗ ΦΥΣΙΚΗ ΓΕΝ. ΠΑΙΔΕΙΑΣ Γ' ΛΥΚΕΙΟΥ

A4. Η δύναμη επαναφοράς που ασκείται σε ένα σώμα μάζας m που εκτελεί

Μονάδες Το γραμμικό φάσμα του ατόμου του υδρογόνου ερμηνεύεται με

ΙΑΓΩΝΙΣΜΑ ΦΥΣΙΚΗΣ ΓΕΝ. ΠΑΙ ΕΙΑΣ ΑΤΟΜΙΚΗ ΦΥΣΙΚΗ ΘΕΜΑ 1 ο.

ΜΟΡΙΑΚΗ ΦΘΟΡΙΣΜΟΜΕΤΡΙΑ

ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ ΚΑΘΗΓΗΤΗ κ. ΚΟΥΠΠΑΡΗ

ΑΡΧΗ 2ΗΣ ΣΕΛΙ ΑΣ Γ ΤΑΞΗ

Γκύζη 14-Αθήνα Τηλ :

Α1. Πράσινο και κίτρινο φως προσπίπτουν ταυτόχρονα και µε την ίδια γωνία πρόσπτωσης σε γυάλινο πρίσµα. Ποιά από τις ακόλουθες προτάσεις είναι σωστή:

ΟΜΟΣΠΟΝ ΙΑ ΕΚΠΑΙ ΕΥΤΙΚΩΝ ΦΡΟΝΤΙΣΤΩΝ ΕΛΛΑ ΟΣ (Ο.Ε.Φ.Ε.) ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ Ηµεροµηνία: Κυριακή 1 Απριλίου 2012 ΕΚΦΩΝΗΣΕΙΣ

1. Μετάπτωση Larmor (γενικά)

Εκπομπή ακτινοβολίας

ETY-202. Εκπομπή και απορρόφηση ακτινοβολίας ETY-202 ΎΛΗ & ΦΩΣ 12. ΎΛΗ & ΦΩΣ. Στέλιος Τζωρτζάκης 21/12/2012

Αρμονικός ταλαντωτής (κλασσική μηχανική)

γ - διάσπαση Δήμος Σαμψωνίδης ( ) Στοιχεία Πυρηνικής Φυσικής & Φυσικής Στοιχειωδών Σωματιδίων 5 ο Εξάμηνο

Α.3. Δίνονται οι πυρήνες Α, Β, Γ με τις αντίστοιχες ενέργειες σύνδεσης ανά νουκλεόνιο.

ΑΡΧΗ 1ΗΣ ΣΕΛΙ ΑΣ Γ ΗΜΕΡΗΣΙΩΝ ΕΣΠΕΡΙΝΩΝ

ΜΑΘΗΜΑ / ΤΑΞΗ : ΦΥΣΙΚΗ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙΔΕΙΑΣ / Γ ΛΥΚΕΙΟΥ ΣΕΙΡΑ: ΘΕΡΙΝΑ ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ: 10/11/2013

Περι - Φυσικής. ιαγώνισµα Β Τάξης Ενιαίου Λυκείου Κυριακή 5 Απρίλη 2015 Φως - Ατοµικά Φαινόµενα - Ακτίνες Χ. Θέµα Α. Ενδεικτικές Λύσεις

ΤΕΛΟΣ 1ΗΣ ΑΠΟ 5 ΣΕΛΙ ΕΣ

ΑΡΧΗ 1ΗΣ ΣΕΛΙ ΑΣ Γ ΗΜΕΡΗΣΙΩΝ

ΤΥΠΟΛΟΓΙΟ ΚΕΦΑΛΑΙΟΥ 1 ΗΛΕΚΤΡΙΚΕΣ - ΜΗΧΑΝΙΚΕΣ ΤΑΛΑΝΤΩΣΕΙΣ

ΜΟΡΙΑΚΗ ΦΑΣΜΑΤΟΣΚΟΠΙΑ

ΓΛ/Μ ΣΥΣΤΗΜΑ ΠΑΙΔΕΙΑΣ ΟΡΟΣΗΜΟ. Τεύχος 3ο: Φυσική Γενικής Παιδείας: Ατομικά Φαινόμενα

ΜΟΡΙΑΚΗ ΦΑΣΜΑΤΟΣΚΟΠΙΑ

ΑΡΧΗ 1ΗΣ ΣΕΛΙΔΑΣ ΤΕΛΟΣ 1ΗΣ ΣΕΛΙΔΑΣ

ΘΕΜΑ 1 ο Στις ερωτήσεις 1-4 να γράψετε στο τετράδιό σας τον αριθμό της ερώτησης και δίπλα το γράμμα, που αντιστοιχεί στη σωστή απάντηση.

ΦΥΣΙΚΗ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙ ΕΙΑΣ 2007 ΕΚΦΩΝΗΣΕΙΣ

ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΑ ΚΥΜΑΤΑ ΤΟ ΥΛΙΚΟ ΕΧΕΙ ΑΝΤΛΗΘΕΙ ΑΠΟ ΤΑ ΨΗΦΙΑΚΑ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΑ ΒΟΗΘΗΜΑΤΑ ΤΟΥ ΥΠΟΥΡΓΕΙΟΥ ΠΑΙΔΕΙΑΣ.

ΘΕΜΑ 1 ο Στις ερωτήσεις 1-4 να γράψετε στο τετράδιό σας τον αριθμό της ερώτησης και δίπλα το γράμμα, που αντιστοιχεί στη σωστή απάντηση.

ΟΜΟΣΠΟΝ ΙΑ ΕΚΠΑΙ ΕΥΤΙΚΩΝ ΦΡΟΝΤΙΣΤΩΝ ΕΛΛΑ ΟΣ (Ο.Ε.Φ.Ε.) ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ 2014

ΦΥΣΙΚΟΧΗΜΕΙΑ Ι (ΧΗΜ-048)

Βασικές αρχές της Φασµατοσκοπίας NMR

ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΛΥΚΕΙΟ ΕΥΑΓΓΕΛΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗΣ ΣΜΥΡΝΗΣ Φυσική Θετικής και Τεχνολογικής Κατεύθυνσης Γ Λυκείου ΓΡΑΠΤΕΣ ΔΟΚΙΜΑΣΤΙΚΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ ΜΑΪΟΥ 2008

Transcript:

Διατομικά μόρια- Περιστροφική ενέργεια δονητικά φάσματα Raman Πολυατομικά μόρια ενέργεια δόνησης κανονικοί τρόποι ταλάντωσης κανόνες επιλογής ενεργοί τρόποι ταλάντωσης (μονοφωτονική μετάβαση- Raman) χαρακτηριστικές συχνότητες δεσμών - ομάδων Ηλεκτρονιακές μεταβάσεις φάσματα Διατομικά - Πολυατομικά μόρια δονητική δομή ηλεκτρονιακών φασμάτων Franck Condon Απορρόφηση Αποδιέγερση: (Μη- ακτινοβολητική, Φθορισμός, φωσφορισμός, φωτοδιάσπαση)

Παράδειγμα - ευθυγράμμιση υπό την επίδραση στατικού πεδίου σε πολικό μόριο: Ε ο θ Hint E E cos( ) O Ποιο είναι το στατικό πεδίο προκειμένου πολικά μόρια σε θερμοκρασία περιβάλλοντος να ευθυγραμμισθούν στη διεύθυνση: θ= 0 (+/-2κπ); π.χ ΗCl: μ= 1,08D: 1D = 3,33 10-30 C m E KT 300K 3 19 2510 ( 1.610 CV ) 8 HClEmin 25meV Emin 1.110 V 30 1.08 (3.3310 ) Cm m 6 Κατάρρευση διηλεκτρικού του αέρα: E 310 V m (δίπολο με φορτίο q e - = 1.6 10-19 C & απόσταση 1Å: 4,79D) Λύση: υπερηχητική εκτόνωση δείγματος δημιουργία πυκνής μοριακής δέσμης, υψηλής μεταφορικής ταχύτητας με στενή κατανομή ταχυτήτων & χαμηλής θερμοκρασίας. KT 6 10K (1/ 30) KT300K min ~ 310 Συνθήκες κενού. V m Παλμική ακτινοβολία Terahertz: (0,3-3ΤHz _ 1T=10 12, λ=0,1-1mm) E a u 9 (. ) 5 10 V m Θετική ημι-περίοδος ~ ps, συγκρίσιμη με τη χρονική κλίμακα περιστροφής Στο ορατό π.χ 500nm, v=6 10 14 Hz T~1.6fs

~ πολωσιμότητα (αυθαίρετες μονάδες) Δονητικά φάσματα Raman - Διατομικά Πολωσιμότητα: Ελλειψοειδές πολωσιμότητας επαγόμενη διπολική ροπή Κλασικό μοντέλο: η σκεδαζόμενη ακτινοβολία είναι αποτέλεσμα του επαγόμενου δίπολου, το οποίο μεταβάλλεται περιοδικά με τη συχνότητα ταλάντωσης. Παράδειγμα: υπολογισμοί για την πολωσιμότητα Η 2 σε παράλληλη & εγκάρσια διεύθυνση ως προς αυτή του μοριακού άξονα (στη βασική ηλεκτρονιακή) Αύξηση της ενδο-ατομικής απόστασης (από R e ~0.7Å) οδηγεί σε αύξηση της πολωσιμότητας 1 1 ind E cos(2 vit) 1E cos(2 ( vi vvib) t) 1E cos(2 ( vi vvib) t) 2 2 Rayleigh Stokes Anti-Stokes

Δονητικά φάσματα Raman - Διατομικά Κβαντομηχανική: Η πιθανότητα να πραγματοποιηθεί μία μετάβαση (u u ) * εξαρτάται από τη διπολική ροπή μετάβασης: M ( u ') ( u") dx, ό : x r R u", u vib vib e * d * M u", u ovib( u ') vib( u") dx ( ) x0 vib( u ') xvib( u") dx dx v 1 v 0 για μόρια με μηδενική διπολική ροπή (ομο-ατομικά) δεν είναι δυνατή η μετάβαση μεταξύ δονητικών καταστάσεων. για πολικά μόρια η πιθανότητα μετάβασης μεταξύ δονητικών καταστάσεων είναι ανάλογη του: d ( ) x 0 dx για ομο-ατομικά μόρια η μετάβαση Raman: da * M u", u E( ) x 0 vib( u ') x vib( u") dx dx d da E ( ) E( ) dx dx x 0 x 0 M ", ' 0 u 1 οι δονήσεις των διατομικών είναι ενεργές διότι η πολωσιμότητα μεταβάλλεται με τη δόνηση απομάκρυνση από τη θέση ισορροπίας u u Η σχετική ένταση των φασματικών γραμμών (stokes Vs anti-stokes) εξαρτάται από τον προβλεπόμενο λόγο ακτινοβολίας σκέδασης (~1/λ 4 ) & το σχετικό πληθυσμό στις καταστάσεις v=0 Vs v=1, σύμφωνα με την κατανομή Maxwell-Boltzmann: hv vib 1 KT : KT300K ~ 201cm e 1% anti stokes ( v v ) stokes ( v v ) hv vib 4 i vib KT e 4 i vib

Δονητικά φάσματα Raman - Διατομικά Στην αέρια φάση οι γραμμές Stokes _ anti-stokes έχουν δομή κλάδων λόγω περιστροφικών καταστάσεων: Κλάδος O: J 2 Κλάδος Q: J 0 Κλάδος S: J 2 Σειρά αύξουσας συχνότητας: v v v o Q S CO _ stokes( u 0 u 1) : u 1 Bo ~ B1 Συχνότητα δόνησης- ισχύς δεσμού Περιστροφική σταθερά μήκος δεσμού Σε υγρή ή στερεά φάση οι κρούσεις αλληλεπιδράσεις με τα μόρια του περιβάλλοντος (διαλύτης) οδηγούν σε διαπλάτυνση των περιστροφικών μεταβάσεων δεν εμφανίζεται δομή περιστροφικών κλάδων

Δονήσεις πολυατομικών μορίων ό : v 0,1,2... E vib 1 ( v) ( v ) 2 ό : K k 2 d Ep dx 2 x0 E pot a( RR ) 1 e 2 e ( R) E D Όπου: Ε D = Ε()-E(R e ) η ενέργεια δέσμευσης. E p 1 2 Kx 2 Η προσέγγιση παραβολικής μορφής για τις καμπύλες Δυναμικής ενέργειας είναι ρεαλιστική για διαπυρηνικές αποστάσεις ~ R e.

Δονήσεις πολυατομικών μορίων Πολυατομικά μόρια: δονήσεις περιλαμβάνουν αλλαγή αποστάσεων & σχετικών γωνιών. πολύπλοκα φάσματα δονήσεων. Μόριο με Ν άτομα: Απαιτούνται 3Ν συντεταγμένες για τον προσδιορισμό της δομής του (ενδοατομικές αποστάσεις, σχετικές γωνίες) 3 συντεταγμένες απαιτούνται για τον προσδιορισμό του κέντρου μάζας (περιγραφή της μεταφορικής κίνησης) Σε γραμμικό μόριο αρκούν γωνίες (θ,φ) για τον προσδιορισμό του σχετικού προσανατολισμού (περιγραφή περιστροφικής κίνησης). Απαιτούνται 3Ν-5 συντεταγμένες για την περιγραφή δονήσεων. Σε μη-γραμμικό μόριο απαιτείται μία επιπλέον γωνία για τον προσδιορισμό του σχετικού προσανατολισμού (περιγραφή περιστροφικής κίνησης). Απαιτούνται 3Ν-6 συντεταγμένες για την περιγραφή δονήσεων. Δόνηση τάσης δεσμού C=O θέτει σε κίνηση το κέντρο μάζας ( C), διεγείρει κατά συνέπεια το γειτονικό δεσμό. O C O

Δονήσεις πολυατομικών μορίων κανονικοί τρόποι ταλάντωσης Κανονικός τρόπος ταλάντωσης: Σύμφωνη κίνηση ενός συνόλου ατόμων με τη συχνότητα της κανονικής δόνησης, η οποία αφήνει τους υπόλοιπους τρόπους ανεπηρέαστους. O=C=O Γραμμικό μόριο Ν=3: 3 3-5= 4 κανονικοί τρόποι ταλάντωσης Συμμετρική δόνηση τάσης (symmetric stretching) Αντι-συμμετρική δόνηση τάσης (anti-symmetric stretching) Δoνήσεις κάμψεις (bending) Ο κάθε κανονικός τρόπος ταλάντωσης: στην προσέγγιση αρμονικού ταλαντωτή αντιστοιχεί σε συχνότητα: 1 1 K vq ( cm ) 2c m q q Όπου: και m q K q η σταθερά ισχύος για τον τρόπο αυτό η μάζα που μετατοπίζεται κατά τη δόνηση

Δονήσεις πολυατομικών μορίων κανονικοί τρόποι ταλάντωσης Συνολική δονητική ενέργεια: 3N 6 1 E( u, u,... u ) ( u ) 2 1 2 3N 6 q i i1 Οι τρόποι δόνησης είναι ενεργοί στο υπέρυθρο όταν προκαλούν μεταβολή στη διπολική ροπή του μορίου: Η συμμετρική τάση των δεσμών C=O δεν προκαλεί μεταβολή στη διπολική ροπή (μ=0) δεν απορροφά στο υπέρυθρο. Αντίθετα, η αντι-συμμετρική τάση προκαλεί μεταβολή στη διπολική ροπή (μ=0) κατά τη διεύθυνση του μοριακού άξονα απορροφά στο υπέρυθρο όταν το ηλεκτρικό πεδίο της Η/Μ ακτινοβολίας είναι παράλληλο στο μοριακό δεσμό (παράλληλες μεταβάσεις) Η δόνηση κάμψης προκαλεί μεταβολή στη διπολική ροπή κατά διεύθυνση κάθετη ως προς το μοριακό άξονα απορροφά στο υπέρυθρο όταν το ηλεκτρικό πεδίο της Η/Μ ακτινοβολίας είναι κάθετο στο μοριακό δεσμό (εγκάρσιες μεταβάσεις) Εν γένει απαιτείται η χρήση των ιδιοτήτων μοριακής συμμετρίας για να προβλεφθεί το αν οι κανονικοί τρόποι ταλάντωσης είναι ενεργοί στο υπέρυθρο Στην προσέγγιση του αρμονικού ταλαντωτή οι μεταβάσεις είναι επιτρεπτές για: 1. u i

Δονήσεις πολυατομικών μορίων Raman οι ενεργοί κατά Raman κανονικοί τρόποι δόνησης προκαλούν μεταβολή στην πολωσιμότητα (Εν γένει απαιτείται η χρήση των ιδιοτήτων μοριακής συμμετρίας) Αρχή αποκλεισμού: αν ένα μόριο έχει κέντρο συμμετρίας τότε κανένας τρόπος ταλάντωσης δεν μπορεί να είναι ταυτόχρονα ενεργός στο υπέρυθρο και κατά Raman. Συμμετρική δόνηση τάσης (symmetric stretching) ενεργός κατά Raman Αντι-συμμετρική δόνηση τάσης (anti-symmetric stretching) ενεργός στο υπέρυθρο Δoνήσεις κάμψεις (bending) ενεργός στο υπέρυθρο

Δονήσεις πολυατομικών μορίων κανονικοί τρόποι ταλάντωσης Λόγω αναρμονικότητας οι μεταβάσεις είναι επιτρεπτές για: u i 1, 2, 3... Μετάβαση σε κατάσταση, η οποία χαρακτηρίζεται ως combination band: Από 1 κβάντο δονητικής ενέργειας σε δύο διαφορετικούς τρόπους ταλάντωσης v i,v j Βασική & αρμονικές μεταβάσεις για δύο τρόπους ταλάντωσης v i,v j X ij σταθερά αναρμονικότητας

Δονήσεις πολυατομικών μορίων Localized vibrations: Σε διαφοροποίηση με τη μεθοδολογία των κανονικών τρόπων ταλάντωσης στην πράξη είναι χρήσιμο να μελετήσει κανείς δονήσεις οι οποίες είναι εντοπισμένες σε συγκεκριμένους δεσμούς: δονήσεις τάσης ή κάμψης δεσμού Χ-Υ, όπου Μ Χ >>Μ Υ (π.χ Ο-Η). Τότε οι συχνότητες δόνησης είναι σχεδόν ανεξάρτητες του υπόλοιπου μορίου (π.χ CH 3 -OH, CH 3 CH 2 -OH). Μεταβάσεις στο υπέρυθρο χαρακτηριστικές -δεσμών: v(o-h)= 3590 3560cm -1. δονήσεις μοριακού σκελετού στο οποίο απαντάται μεγάλη διαφορά στην ισχύ των δεσμών π.χ ΗC C-CH=CH 2, η ισχύς των δεσμών C-C, C=C & C C είναι σημαντικά διαφορετικές. Η δονητική διέγερση ενός δεν μεταφέρεται αποδοτικά στους γειτονικούς. Μεταβάσεις στο υπέρυθρο χαρακτηριστικές του είδους δεσμού. Περιοχή φάσματος: 1000-3800cm -1 Πλούσια σε δομική πληροφορία

Δονήσεις πολυατομικών μορίων Περιοχή φάσματος: <1300cm -1 χαρακτηριστικές δονήσεις ομάδων: * Εικόνα από το βιβλίο: Modern Spectroscopy J. Michael Hollas

Ηλεκτρονιακές μεταβάσεις- ορατή & υπεριώδης περιοχή φάσματος Μοριακά τροχιακά διατομικών μορίων μη-κεντρικό δυναμικό M.O παρουσιάζουν κυλινδρική συμμετρία η προβολή της τροχιακής στροφρμής στον μοριακό άξονα διατηρείται Χρησιμοποιείται για την ονοματολογία των Μ.Ο και των μοριακών καταστάσεων Ονοματολογία τροχιακών <L z >=λ = 0, 1, 2, σ, π, δ, Ομο-ατομικά: Συμμετρία αναστροφής ως προς κέντρο μάζας: (g Vs u)

Ηλεκτρονιακές μεταβάσεις- ορατή & υπεριώδης περιοχή φάσματος Ονοματολογία μοριακών καταστάσεων: S, Λ συνολικό σπιν & τροχιακή στροφορμή στον άξονα z, αντίστοιχα. Η 2+ : 1e - στο δεσμικό τροχιακό (1s)σ g στη βασική κατάσταση: 2 S=1/2, Λ=0 2S+1=2, Λ=0. g Ονοματολογία καταστάσεων: Λ = 0, 1, 2, Σ, Π, Δ, Η 2 : 2e - στο δεσμικό τροχιακό (1s)σ g στη βασική κατάσταση: S=1/2-1/2=0 Λ=λ 1 +λ 2 =0. Σε Μ.Ο πλήρως συμπληρωμένο το συνολικό σπιν είναι μηδενικό S=0 (π.χ ηλεκτρονιακή διάταξη N 2 )

Ηλεκτρονιακές μεταβάσεις- ορατή & υπεριώδης περιοχή φάσματος Η αποδιέγερση από τη διεγερμένη (δεσμική) προς τη βασική (αντι-δεσμική) κατάσταση οδηγεί στην παραγωγή συνεχούς φάσματος στην περιοχή της υπεριώδους ακτινοβολίας 60-100nm (αρχή λειτουργίας excimer lasers)

Ηλεκτρονιακές μεταβάσεις- ορατή & υπεριώδης περιοχή φάσματος Κανόνες επιλογής: ΔΛ=0,±1 Σ Π, Π Σ, Δ Π ΔS=0 ισχύει για πυρήνες μικρού ατομικού βάρους (π.χ Η 2 ) Αντίθετα για πολύ-ηλεκτρονιακά άτομα (π.χ CO) η αλληλεπίδραση σπιν στροφορμής εισάγει διαταραχή, η οποία κάνει επιτρεπτή τη μετάβαση μεταξύ καταστάσεων διαφορετικού σπιν (S=0 S=1: 2S+1=3 από απλή σε τριπλή κατάσταση). Κανόνες επιλογής συμμετρίας: g u, απαιτείται η αλλαγή της συμμετρίας αναστροφής ως προς το κέντρο μάζας (προφανώς αφορά μόρια με κέντρο συμμετρίας όχι έτερο ατομικά) για μεταβάσεις μεταξύ απλών καταστάσεων απαιτείται διατήρηση της συμμετρίας της μοριακής κατάστασης ως προς επίπεδο που διέρχεται από το μοριακό άξονα. Συμμετρία κατοπτρισμού + διατήρηση του πρόσημου Συμμετρία κατοπτρισμού - διατήρηση του πρόσημου

Ηλεκτρονιακές μεταβάσεις- δονητική δομή Οι ηλεκτρονιακές μεταβάσεις συνοδεύονται από ανταλλαγή δονητικών κβάντων ενέργειας. U U : δεν ισχύουν κανόνες επιλογής (ΔU= ±1, ±2 ) για δονητικές καταστάσεις διαφορετικών ηλεκτρονιακών καταστάσεων. Η πιθανότητα να πραγματοποιηθεί μία ηλεκτρονιακή δονητική μετάβαση περιγράφεται από την αρχή Franck Condon. 1925 Franck: Οι ηλεκτρονιακές μεταβάσεις πραγματοποιούνται σε χρόνο πολύ μικρότερο από τη χρονική κλίμακα δονήσεων των πυρήνων. Η μετάβαση πραγματοποιείται ισχυρά μεταξύ καταστάσεων οι οποίες διατηρούν τη Δυναμική ενέργεια των πυρήνων. Αμέσως, μετά την αλλαγή του Μ.Ο και της αντίστοιχης κατανομής ηλεκτρονιακού νέφους, οι πυρήνες κινούνται στο νέο δυναμικό (καμπύλη δυναμικής ενέργειας) της τελικής κατάστασης. Η έννοια της κάθετης μετάβασης R e >R e R e ~R e

Ηλεκτρονιακές μεταβάσεις- δονητική δομή 1925 Condon: Η πιθανότητα πραγματοποίησης μετάβασης μεταξύ ηλεκτρονιακών καταστάσεων εξαρτάται από την επικάλυψη των δονητικών καταστάσεων της βασικής & διεγερμένης διπολική ροπή: διπολική ροπή μετάβασης: Ορθογωνιότητα ηλεκτρονικών καταστάσεων 0 για αποστάσεις ισορροπίας διαφορετικές μεταξύ βασικής και διεγερμένης ηλεκτρονιακά κατάστασης, η μετάβαση οδηγεί σε δονητική διέγερση (u παίρνει διαφορετικές τιμές). στη βασική κατάσταση u = 0, λόγω Maxwell- Boltsman

Αποδιέγερση- Φθορισμός Φθορισμός: ακτινοβολητική αποδιέγερση μέτρηση του φάσματος εκπομπής Η διέγερση γίνεται με μονοχρωματική πηγή, μήκους κύματος στην περιοχή του υπεριώδους/ ορατού ηλεκτρονιακή διέγερση internal conversion (μη-ακτινοβολητική αποδιέγερση στη βασική δονητική κατάσταση) ακτινοβολητική αποδιέγερση σε δονητικά & περιστροφικά διεγερμένες καταστάσεις της βασικής ηλεκτρονιακής στάθμης. Η απώλεια ενέργειας λόγω μη-ακτινοβολητικής εκπομπής έχει σαν συνέπεια το εκπεμπόμενο σήμα να αντιστοιχεί σε μεγαλύτερα μήκη κύματος από αυτό της δέσμης διέγερσης (μετατόπιση Stokes). Το φάσμα απορρόφησης είναι χαρακτηριστικό του δονητικού & περιστροφικού φάσματος της διεγερμένης ηλεκτρονιακής. Το φάσμα εκπομπής είναι χαρακτηριστικό του δονητικού & περιστροφικού φάσματος της βασικής ηλεκτρονιακής κατάστασης. Συνεπώς, το φάσμα απορρόφησης και εκπομπής παρέχουν συμπληρωματικές πληροφορίες.

Αποδιέγερση- Φθορισμός Εν γένει το φάσμα απορρόφησης και εκπομπής διαφέρουν εκτός από την περίπτωση που το μήκος και η ενέργεια του δεσμού είναι ίδια στη βασική και ηλεκτρονιακά διεγερμένη κατάσταση. R e ~R e Αποδιέγερση- Φωσφορισμός