Molekulová vibrace dvojatomové molekuly. Disociační křivka dvojatomové molekuly

Podobné dokumenty
Lambertův-Beerův zákon

Korelační energie. Celkovou elektronovou energii molekuly lze experimentálně určit ze vztahu. E vib. = E at. = 39,856, E d

11 Kvantová teorie molekul

Diskutujte, jak široký bude pás spojený s fosforescencí versus fluorescencí. Udělejte odhad v cm -1.

10A1_IR spektroskopie

Elektromagnetické záření. lineárně polarizované záření. Cirkulárně polarizované záření

Úvod do spektrálních metod pro analýzu léčiv

13. Spektroskopie základní pojmy

ÚVOD DO KVANTOVÉ CHEMIE

Spinový moment hybnosti /magnetický moment, interakce s magnetickým polem

Hartreeho-Fockova metoda (HF)

3. Absorpční spektroskopie

Tepelná kapacita = T. Ē = 1 2 hν + hν. 1 = 1 e x. ln dx. Einsteinův výpočet (1907): Soustava N nezávislých oscilátorů se stejnou vlastní frekvencí má

Teorie Molekulových Orbitalů (MO)

Born-Oppenheimerova aproximace

Vybrané spektroskopické metody

Přednáška IX: Elektronová spektroskopie II.

Metody charakterizace nanomaterálů I

Fyzika IV Dynamika jader v molekulách

Kinetika spalovacích reakcí

SPEKTRÁLNÍ METODY. Ing. David MILDE, Ph.D. Katedra analytické chemie Tel.: ; (c) David MILDE,

SPEKTROMETRIE. aneb co jsem se dozvěděla. autor: Zdeňka Baxová

Matematika I A ukázkový test 1 pro 2018/2019

přičemž předpokládáme A malé, U zahrnuje coulombické členy. Když roznásobíme závorku, p 2 reprezentuje kinetickou energii nabitých částic, člen

Kmity a rotace molekul

Elektrárny A1M15ENY. přednáška č. 5. Jan Špetlík. Katedra elektroenergetiky, Fakulta elektrotechniky ČVUT, Technická 2, Praha 6

Od kvantové mechaniky k chemii

Nerovnovážná termodynamika

ATOMOVÁ SPEKTROMETRIE

Atom vodíku. Nejjednodušší soustava: p + e Řešitelná exaktně. Kulová symetrie. Potenciální energie mezi p + e. e =

Fyzika biopolymerů. Elektrostatické interakce makromolekul ve vodných roztocích. Vodné roztoky. Elektrostatická Poissonova rovnice.

Přednášky z lékařské biofyziky Biofyzikální ústav Lékařské fakulty Masarykovy univerzity, Brno

Úvod do strukturní analýzy farmaceutických látek

ANALÝZA VZTAHU DVOU SPOJITÝCH VELIČIN

Vybrané metody spektráln. lní analýzy. Metody charakterizace nanomaterálů I

Přednášky část 4 Analýza provozních zatížení a hypotézy kumulace poškození, příklady. Milan Růžička

1.3. Transport iontů v elektrickém poli

ESR, spinový hamiltonián a spektra

Symetrie Platonovská tělesa

Hamiltonián popisující atom vodíku ve vnějším magnetickém poli:

IDENTIFIKACE NEZNÁMÉ ORGANICKÉ LÁTKY POMOCÍ INFRAČERVENÉ SPEKTROMETRIE

4 Přenos energie ve FS

Absorpční fotometrie

Elektronová a absorpční spektroskopie, Vibrační spektroskopie (absorpční a Ramanova rozptylu)

2. Elektrotechnické materiály

Molekulová spektroskopie 1. Chemická vazba, UV/VIS

9 PŘEDNÁŠKA 9: Heisenbergovy relace neurčitosti, důsledky. Tunelový jev. Shrnutí probrané látky, příprava na zkoušku.

Rozměr a složení atomových jader

Plazmové metody. Základní vlastnosti a parametry plazmatu

Symetrie Platonovská tělesa

Univerzita Karlova v Praze Matematicko-fyzikální fakulta Fyzikální ústav UK DISERTAČNÍ PRÁCE. Mgr. Josef Kapitán

Základy Mössbauerovy spektroskopie. Libor Machala

IČ spektroskopie. IR Spectroscopy FTIR moderní technika viz dále

Vibrace atomů v mřížce, tepelná kapacita pevných látek

Elektronový obal atomu

Překryv orbitalů. Vznik vazby překryvem orbitalů na dvou různých atomech A, B Obsazeno dvojicí elektronů Ψ = Ψ A Ψ Β

Teorie chemické vazby a molekulární geometrie Molekulární geometrie VSEPR

Pokročilé cvičení z fyzikální chemie KFC/POK2 Vibrační spektroskopie

Barevné principy absorpce a fluorescence

Detekce nabitých částic Jak se ztrácí energie průchodem částice hmotou?

Operátory a maticové elementy

Úloha 1: Vypočtěte hustotu uhlíku (diamant), křemíku, germania a α-sn (šedý cín) z mřížkové konstanty a hmotnosti jednoho atomu.

Emise vyvolaná působením fotonů nebo částic

Viková, M. : ZÁŘENÍ II. Martina Viková. LCAM DTM FT TU Liberec, (hranol, mřížka) štěrbina. Přednášky z : Textilní fyzika

Princip metody Transport částic Monte Carlo v praxi. Metoda Monte Carlo. pro transport částic. Václav Hanus. Koncepce informatické fyziky, FJFI ČVUT

Balmerova série, určení mřížkové a Rydbergovy konstanty

FYZIKA 4. ROČNÍK. Kvantová fyzika. Fotoelektrický jev (FJ)

Balmerova série. F. Grepl 1, M. Benc 2, J. Stuchlý 3 Gymnázium Havlíčkův Brod 1, Gymnázium Mnichovo Hradiště 2, Gymnázium Šumperk 3

Kvantová fyzika atomárních soustav letní semestr VIII. KOTLÁŘSKÁ 23. DUBNA 2014

Dopravní plánování a modelování (11 DOPM )

Základy spektroskopie a její využití v astronomii

1 Elektrotechnika 1. 9:00 hod. G 0, 25

INTERPRETACE INFRAČERVENÝCH SPEKTER

SPEKTROSKOPICKÉ VLASTNOSTI LÁTEK (ZÁKLADY SPEKTROSKOPIE)

1. Ze zadané hustoty krystalu fluoridu lithného určete vzdálenost d hlavních atomových rovin.

INSTRUMENTÁLNÍ METODY

Balmerova série vodíku

Modulace a šum signálu

Laserová technika prosince Katedra fyzikální elektroniky.

Stručný úvod do spektroskopie

9. Měření kinetiky dohasínání fluorescence ve frekvenční doméně

Odraz a lom rovinné monochromatické vlny na rovinném rozhraní dvou izotropních prostředí

Čísla přiřazená elementárním jevům tvoří obor hodnot M proměnné, kterou nazýváme náhodná veličina (označujeme X, Y, Z,...)

Vznik a šíření elektromagnetických vln

ATOMOVÁ SPEKTROMETRIE

Řešit atom vodíku znamená nalézt řešení Schrödingerovy rovnice s příslušným hamiltoniánem. 1 4πǫ 0. 2m e

Praktikum III - Optika

VIBRAČNÍ SPEKTROMETRIE

SPEKTROSKOPICKÉ VLASTNOSTI LÁTEK

CHARAKTERIZACE MATERIÁLU II

Skupenské stavy. Kapalina Částečně neuspořádané Volný pohyb částic nebo skupin částic Částice blíže u sebe

Ing. Pavel Hrzina, Ph.D. - Laboratoř diagnostiky fotovoltaických systémů Katedra elektrotechnologie K13113

spinový rotační moment (moment hybnosti) kvantové číslo jaderného spinu I pro NMR - jádra s I 0

ABSORPČNÍ A EMISNÍ SPEKTRÁLNÍ METODY

Domácí úlohy ke kolokviu z předmětu Panorama fyziky II Tomáš Krajča, , Jaro 2008

Identifikace barviv pomocí Ramanovy spektrometrie

37 MOLEKULY. Molekuly s iontovou vazbou Molekuly s kovalentní vazbou Molekulová spektra

elektrony v pevné látce verze 1. prosince 2016

Fyzika atomového jádra

Transkript:

Molekulová vbrace dvojatomové molekuly Dsocační křvka dvojatomové molekuly x Potencální energe, E Repulsvní síly x Přtažlvé síly síly x Pro malé odchylky [(x-x ) ] možno aproxmovat parabolou, jak plyne z Taylorova rozvoje: E = E( x ) + 4 d E( x) + 4 4! dx de( x) dx x= x x= x ( x x ) ( x x ) + 4 +... = d E( x)! dx x= x ( x x ) = k > (slová konstanta) Zanedbané členy 3 d E( x) + 3 3! dx x= x ( x x ) 3

Molekulová vbrace dvojatomové molekuly Odchylka od roznovážné vzdálenost: x x x Operátor potencální energe pro harmoncký osclátor: V ˆ = kx k < k x x k x kx x x m Redukovaná hmotnost: x µ = těžště m m m m + m Hamltonán pro harmoncký osclátor: Hˆ = µ x + kx Schrödngerova rovnce µ x + kx ( x) = EΨ( x) Ψ Řešení Ψ ( y) = C H ( y) e n n n y / Vbrační Energe: E n = hv n + Frekvence kmtu: v = π k µ / x = /( m) y H n - Hertmtovy polynomy: H = H = y 4 H = y atd.. Vbrační kvantové číslo: n =,,...

Pro nejnžší vbrační stav (tj. n= ): Molekulová vbrace dvojatomové molekuly E = hv > př K molekula vbruje! [v souladu s Hesenbergovým prncpem neurčtost] k k v = π k µ Peroda vbračního pohybu: T = ν vs. k > k Tužší vazba větší k vyšší frekvence/vlnočet kmtu kratší peroda vbračního pohybu Těžší atomy větší µ nžší frekvence/vlnočet kmtu delší peroda vbračního pohybu Příklad: 6 O H ~ v = 58 ~ v = 44 cm - cm - Hmotnostní atomová jednotka:.66539 x 7 kg a) Kolk kmtů udělá molekula H za dobu, kterou potřebuje enzym acetylcholnesteráza (AChE) k hydrolýze jedné molekuly acetylcholnu na acetát a choln (počet cyklů AChE: 3x 7 mn - ) b) Porovnejte tuhost vazby v O vs. H.

Korekce k harmoncké aproxmac cesta k reálnějšímu popsu: x Dsocační lmta n= n= n= n= n=6 n=5 n=4 n=3 J=3 J= J= J= } Rotační hladny n= x anharmoncká korekce (zahrnutí členů vyšších řádů (n >) z Taylorova rozvoje; nahrazení harmonckého potencálu Morseho potencálem atd) spřažení rotačního a vbračního pohybu

dvojatomová molekula Harmoncká aproxmace víceatomová molekula vbrační stupeň volnost (= vbrační mód) Vbrační energe n-tého stavu: E n = hv n + 3N-5 vbračních módů (lneární molekula) 3N-6 vbračních módů (nelneární molekula) lbovolný vbrační pohyb molekuly je složen ze všech vb. módů (tj. vzájemně ortonormální módy tvoří báz pro vbrační pohyb) n Energe nulového bodu: = Energe nulového bodu: 3 6 E = hv N E = hv í = Frekvence vbračního módu: v = π k µ Vbrační energe n-tého stavu: 3N = 6 E hv n + Frekvence -tého vbračního módu: v = π k µ Symetre molekuly předurčuje symetr 3N-6 vbrační módů. Symetre klasfkována podle příslušné bodové grupy vz dále

Klasfkace symetre molekul a vbračních módů příklad H O 3N-6 vbračních módů: 3x3-6 = 3 ~v Symetrcký pohyb ~v ~v 3 3657 cm - 3756 >> 595 Asymetrcký pohyb Symetrcký pohyb a vůč rovně σ v (yz) a ose C a b - - - - Valenční natahovací vbrace Deformační vbrační vbrace

Různé typy vbračních módů a jejch tuhost / frekvence kmtu R stretchng Valenční natahovací módy stretchng modes C O R Klesá tuhost / frekvence vbračních módů ohýbací módy bendng modes ) v rovně n-plane bendng mode ) Mmo rovnu out-of-plane bendng modes R R R R H H C C N scssorng O rockng O waggng H twstng H H O O

Infračervená spektroskope nejjednodušší expermentální uspořádání / ukázka spektra Optcká metoda umožňující studum vbračních stavů látek, u kterých vzdálenost vbračních stavů odpovídají energ fotonů nfračerveného záření. Dspersní IČ spektroskope: Transmtance: Absorbance: Φ T = Φ vzorek reference A = logt( ~ ν ) = ε ( ~ ν ) dc N-methyl acetamd

Infračervená spektroskope - prncpy 3 n=3 n= n= n= Harmoncká aproxmace: Možný přechod pouze sousedním hladnam: n+ a n. Energe pohlceného fotonu = vbrační kvantum: E foton foton = hvfoton = En + En = v = v ~ v = ~ v vbrace foton hv vbrace vbrace Energetcké rozmezí IČ spekter: do ~4 cm -

µ = µ el + µ nuc = * Ψf e rk + e ZlRl Ψ dτ k l Bornova-Oppenhemerova separace elektronového a jaderného pohybu Ψ Ψ, ( r R ) Ψ ( r ) Ψ ( R ) el nuc el el vb nuc = Ψ Ψ el, vb, f ( r ) Ψ ( R ) ( µ + µ ) Ψ ( r ) Ψ ( R ) el ( R ) Ψ ( R ) Ψ ( r ) µ Ψ ( r ) nuc vb, f vb, nuc nuc = (podmínka ortonormalty) ˆ el ˆ el, nuc el el, ˆ el el el, vb, el + nuc = Ψ el, ( r ) Ψ ( r ) Ψ ( R ) µ Ψ ( R ) el el, el = (podmínka ortonormalty) vb, f nuc ˆ nuc vb, nuc

Navození výběrových pravdel Infračervená spektroskope - prncpy Pravděpodobnost přechodu/absorpce (ntenzta pásu) je dána transtním elektrckým dpólovým momentem: ( ) ( R ) R nuc nuc vb, Ψ, ˆ µ Ψ vb f nuc () Dpólový moment molekuly závslý na jejím pohybu: µ ( R) dµ ( R) d µ ( R) = µ ( R ) + R dr! dr R Zanedbané členy ( R R ) + ( R ) +... R () Dosazením () do (): Podmínka ortonormalty vbračních vlnových funkcí v harmoncké aproxmac = dµ dµ Ψvb, f nuc vb, vb, f vb, vb, f vb, dr R dr R pokud: dµ a) => S vbrací se mění dpólový moment molekuly ( hrubé výběrové pravdlo ) dr Důvod proč C O natahování ve skupně R C=O vede v IČ k nejslnějším pásům a N nevykazuje žádné IČ spektrum.. Ψ ( R) µ ( R ) + dr Ψ ( R) = µ ( R ) Ψ ( R) Ψ ( R) + Ψ ( R) R R Ψ ( R) ( R) R R ( R) b) určuje které přeskoky jsou dovolené ( specfcké výběrové pravdlo ) vb f vb, Důvod proč n = ±, Ψ

Ψ ( X ) X Ψ ( X ) Kdy? vb, f vb, X je lchá funkce => f ( X ) Ψ ( X ) => Když je ntegrand je sudá funkce, potom Ψ * musí být lchá funkce => když Ψ f ( X ) pak ( X ) Ψ lchá funkce sudá nebo opačně lchá sudá lchá sudá lchá sudá lchá sudá n=3 n= n= n= Výběrová pravdla - zopakování: n = ± dµ dr nuc platí pro víceatomové molekuly

Symetre molekuly a změna dpólového momentu s vbrací ; příklad PtCl 4 - = = = = dµ =? dr dµ = dr dµ dr Vbrační mód v IČ spektroskop naktvní (pro tento vbrační mód jsou mez vbračním hladnam přechody zakázané nemá svůj absorpční pás (nebo jen velm slabý)) Vbrační mód v IČ spektroskop aktvní (pro tento vbrační mód jsou mez vbračním hladnam přechody dovolené má svůj absorpční pás

Absorbce nfračerveného záření vs. skleníkový efekt O + N + H 99.93% atmosféry => pro IČ záření transparentní látky už víte proč!? (s vbrací se nemění dpólový moment molekuly) CO + NO x +CH 4 => aborbují IČ záření CO : 3N-5= 4 vb. módů IČ neaktvní = není žádná ntenzta protože dµ = dr

H S H v~ =83 cm - Typy vbračních přechodů : příklad H S Plynná fáze rotační struktura vbračních pásů ~v v ~ + v ~ S v~ = 65 cm - ~v H H H S H v~ 3 = 66 cm - V kapalném kryptonu v ~ + v ~ ~v (n,n,n 3 ) vbrační stav se charakterzuje trojcí kvantových čísel Fundamentální pásy (přechody): např: (,,) (,,) Kombnační pásy (přechody): např: (,,) (,,) Vyšší harmoncké vbrační přechody: např: (,,) (,,) (zakázané strktně v harmoncké aproxmac expermentálně lze pozorovat slabé pásy) Horké (dferenční) pásy (přechody): např: (,,) (,,) (nutnost populovat vyšší vbrační stavy => pás roste se teplotou) ~v Kapalná fáze ~v ~v v ~ + v ~ DOI:.34/S997933679

Proč - přechod je pozorován př nžším vlnočtu než -?

Isotopový efekt v IČ spektrech CH 3 OH CH 3 OD OH stretch OD stretch

Fourer Transform Infrared Spectroscopy FTIR (IČ spektroskope s Fourerovskou transformací) X X Sgnál závslý na Rozdílu v delce optckých drah => nterferogram IČ spektrum po Fourrerově transformac nterferogramu

Ramanova spektroskope prncpy / expermentální uspořádání Energe Exctovaný elektronový stav hc ~ v hc( v~ ~ v vb ) hc v ~ hc v ~ hc v ~ Vrtuální stavy hc v~ + v~ ( vb ) z 7 fotonů je neelastcky rozptýlen Základní vbrační a základní elektronový stav Neelastcký Ramanův rozptyl Stokesovy přechody Elastcký Rayleghův rozptyl 3 Vbrační stavy Neelastcký Ramanův rozptyl ant-stokesovy přechody jejch ntenzta závsí na teplotě; obvykle výrazně slabší pásy, protože stavy jsou málo populované

Ramanova spektroskope - výběrových pravdel Pravděpodobnost přechodu v Ramanově spektroskop je dána transtním elektrckým dpólovým momentem: x-složka ndukovaného dpólového momentu molekuly: µ x) = α E = α ( x) E cos( ωt) pro vlnovou délku záření (cca -5 nm) užívanou v Ramanově spec. můžeme E pokládat, v místě molekuly za nezávslé na x.. x ( xx x Ψ f µˆ Ψ () Vnější elektrcké pole (elektrcké pole záření) Polarzovatelnost molekuly α závslá na jejím pohybu: (pro jednoduchost uvažujeme pouze jednu proměnou tj. jednorozměrný prostor) α( x) = α() + dα( x) dx x= x + Zanedbané členy! d α( x) dx x= x +... () Ψ Dosazením () do (): = f dα dx dα dx ( x) α() + x E Ψ ( x) = α() E Ψ ( x) Ψ ( x) + E Ψ ( x) x Ψ ( x) dα dx a) Ψ ( x) x Ψ ( x) f Podmínka ortonormalty vbračních vlnových funkcí v harmoncké aproxmac pokud: => S vbrací se mění polarzovatelnost molekuly ( hrubé výběrové pravdlo ) Důvod proč natahování O, N apod vede v Ramanově spektroskop k pásům, které nejsou vdět v IČ. b) určuje které přeskoky jsou dovolené ( specfcké výběrové pravdlo ) f Důvod proč n = ± f

vbrační Ramanova spektroskope (s rotační strukturou) - ukázka spekter

Resonanční Ramanova spektroskope zjednodušené prncpy Energe Vrtuální Stavy v blízkost exctovaného elektronového stavu Základní vbrační a základní elektronový stav 3 Vbrační stavy Neelastcký Ramanův rozptyl Stokesovy přechody Elastcký Rayleghův rozptyl Neelastcký Ramanův rozptyl ant-stokesovy přechody Resonanční Ramanova (RR) spektroskope: Intenzta Ramanova pásu se zvýší, je-l Ramanův proces spřažen s vrtuálním stavem, který se vyskytuje v blízkost exctovaného elektronového stavu s vysokým absorpčním koefcentem, ε. (vysoké ε mají elektronové přechody s přenosem náboje) I RR ε

Resonanční Ramanova spektroskope - ukázka

---------- Doplněk ----------

Klasfkace symetre molekul a vbračních módů příklad NH 3 3N-6 vbračních módů: 3x4-6 = 6 Symetrcký pohyb Symetrcký pohyb x degenerovaný pohyb x degenerovaný pohyb a a e e C 3v a EE CC 3 3σσ 3 a e - -

Ramanova spektroskope prncpy / depolarzace

Orentační srovnání IČ a Ramaovy spektroskope