Какие частоты в колебательном спектре поглощения называют характеристическими? В какой области спектра они находятся и для каких

		Химия
		Решение задачи
		18 февраля 2021
		Выполнен, номер заказа №16722
		Прошла проверку преподавателем МГУ
		245 руб.

Какие частоты в колебательном спектре поглощения называют характеристическими? В какой области спектра они находятся и для каких целей используются в прикладной спектроскопии?

Ответ:

В основе ИК-спектроскопии лежит взаимодействие вещества и электромагнитного излучения больших длин волн (малых энергий). Энергия квантов этой области электромагнитного спектра соизмерима с энергией теплового броуновского движения. Такое излучение недостаточно для инициирования электронных переходов из основного в возбужденное состояние. Оно сообщает молекуле энергию, достаточную только для переходов между колебательными и вращательными уровнями основного состояния (рисунок 4). Рисунок 4. Схематическое представление колебательных и вращательных переходов основного состояния электронов Чисто колебательные переходы происходят при неизменном электронном состоянии и обусловлены квантованием колебательного движения атомных ядер. Каждому колебательному уровню отвечает система вращательных уровней, которые могут быть охарактеризованы вращательными квантовыми числами так же принимающими значения В общем случае поглощение инфракрасного излучения вызывают колебания, связанные с изменением либо длин связей, либо валентных углов между ними. Это означает, что в зависимости от частоты поглощенного излучения начинает периодически растягиваться определенная связь или искажаться определенный угол между связями. Сложную картину колебаний в многоатомных молекулах представляют через систему так называемых нормальных колебаний. Колебания называются нормальными, если центр тяжести молекулы не смещается, то есть молекула не испытывает поступательного движения. Частоты нормальных колебаний определяют положение полос в ИК-спектре, а амплитуда колебаний – интенсивность этих полос. Нормальные колебания связанных атомов подразделяются на два основных вида: валентные и невалентные, или деформационные. Если при колебании происходит, главным образом, изменение длин связей, а углы между ними меняются незначительно, то колебания называют валентными и обозначают буквой Валентные колебания располагаются в области больших частот Частоты валентных колебаний определяются массой атомов и прочностью (энергией) связей между ними. Чем больше масса связанных атомов, тем меньше частота, например:  На рисунке 5 схематически представлены формы нормальных колебаний трехатомной молекулы. Стрелки показывают смещение ядер из равновесного положения. Рисунок 5. Формы нормальных колебаний для трехатомной молекулы: симметричное и асимметричное валентные колебания;  деформационное колебание Из фрагментов рисунка «а» и «б» видно, что в результате колебаний происходит изменение длины валентных связей при практически постоянной величине угла между ними. Это валентные симметричные и ассимметричные νas колебания. При деформационных колебаниях (фрагмент «в») имеет место изменение валентного угла, образованного связями у общего атома, и незначительное изменение их длин. Деформационные колебания возникают при меньших затратах энергии, чем валентные колебания, и, следовательно, они проявляются в более длинноволновой области имеют меньшую частоту и обозначаются буквой  Виды некоторых деформационных колебаний: ножничковые, маятниковые, веерные и крутильные показаны на рисунке 5. Рисунок 5. Различные типы деформационных колебаний: «+» – движение вперед в направлении, перпендикулярном плоскости; «–» движение в обратном направлении Для более сложных молекул, в которых одна из деформационно колеблющихся частей гораздо массивнее другой, деформационные колебания иногда описывают как плоскостные и внеплоскостные. В зависимости от природы колебания подразделяются на скелетные которые заключаются в одновременном изменении нескольких длин связей или валентных углов, и колебания групп В области ближнего ИК-излучения проявляются в основном обертоны, а в дальнюю область попадают практически только колебания углерод – металл. Некоторые группы атомов поглощают при определенной частоте (или вблизи нее) независимо от структуры остальной части молекулы. Положение этих полос, которые называют характеристическими, настолько постоянно, что по ним можно судить о структурных элементах молекулы. К ним относятся, например, колебания групп и др. Области поглощения для некоторых групп органических соединений представлены на рисунке 6. В области наиболее высоких частот находятся полосы, отвечающие колебаниям групп, содержащих легкий атом кислорода, т.е. групп Эти колебания являются валентными. Рисунок 6. Области поглощения некоторых структурных элементов Увеличение массы атомов при сохранении порядка связи смещают полосы поглощения в длинноволновую область (в сторону меньших частот), например, колебания связи в алифатических соединениях расположены в области Полосы поглощения скелета органической молекулы, содержащей связи  находятся в области но характер спектра в этом интервале частот существенно изменяется даже при небольших изменениях в структуре соединений. Это используется для целей идентификации, поскольку каждое соединение имеет присущий только ему набор полос поглощения. Увеличение кратности связи (при сохранении массы) вызывает повышение частот. Групповые колебания соединений с двойными связями лежат в области Обычно эти колебания не являются чисто валентными, поскольку в них большое участие принимают прилежащие углы и связи. Эта область очень ценна при изучении внутримолекулярных взаимодействий. Полосы поглощения тройных связей следует искать в области поскольку силовой коэффициент тройной связи больше силовых коэффициентов двойной и одинарной связей.