CÁC PHƯƠNG PHÁP vật lý TRONG HOÁ học

CÁC PHƯƠNG PHÁP VẬT LÝ
TRONG HOÁ HỌC
Dr. Nguyễn Hoa Du
Faculty of Chemistry, Vinh University
Dr. Hoa Du -Nguyen 2
MỞ ĐẦU

ςαι τρ∫ χ α χ〈χ ΠΠςΛ ι ϖ ι Ηο〈 η χ:ủ đố ớ ọ

Không thể thiếu được

Cho nhiều thông tin quan trọng về cấu trúc,
thành phần, tính chất

Công cụ phân tích đa năng/ không thể thay thế.

Ιτ ισ τηε κεψ το:

Molecular structure determination and
identification

Measuring the physical properties of molecules
(e.g. bond strength, mass, charge dipoles,
electronic structure)
Dr. Hoa Du -Nguyen 3
Khái niệm các PPVL

Σ δ νγ χ〈χ πηπ ο λ νγ ϖ◊ πην τχη νη νγ ι λ νγ ϖ τ λ χ α η ηο〈 η χ ử ụ đ ườ ữ đạ ượ ậ ủ ệ ọ để
τηυ χ τηνγ τιν χ ν τηι τ ϖ χ υ τ ο, τνη χη τ χ〈χ χη τ.đượ ầ ế ề ấ ạ ấ ấ

Τνη χη τ θυανγ, ι ν, τ , κη ι λ νγ, νηι τ λ νγ, νηι τ , … ấ đ ệ ừ ố ượ ệ ượ ệ độ



Dr. Hoa Du -Nguyen 4
CÁC NỘI DUNG CHÍNH

Χη νγ 1. ι χ νγ ϖ θυανγ πηươ Đạ ươ ề ổ

Χη νγ 2. Θυανγ πη η νγ νγο ιươ ổ ồ ạ

Χη  νγ 3. Θυανγ πη Υς−ϖισ

Χη νγ 4. Πη νηι υ ξ Ρ νγηενươ ổ ễ ạ ơ

Χη  νγ 5. Πη νγυψν τ

Χη  νγ 6. Πη ΝΜΡ

Χη  νγ 7. Πη κη ι λ  νγ

Χη  νγ 8. Μ τ ϖ◊ι πη  νγ πη〈π κη〈χ
Dr. Hoa Du -Nguyen 5
Học liệu

[1] Νγυψ ν Η υ νη, Τρ ν Τη ◊ễ ữ Đỉ ầ ị Đ . νγ δ νγ µ τ σ πη νγ πη〈π πη νγηιν χ υ χ υ Ứ ụ ộ ố ươ ổ ứ ấ
τρχ πην τ . Νξβ Γι〈ο δ χ, 1999.

[2] Νγυψ ν  νη Τρι υ. Χ〈χ πη  νγ πη〈π ϖ τ λ  νγ δ νγ τρονγ ηο〈 η χ. Νξβ  ΗΘΓ
Η◊ Ν ι, 2003.

[3] ς νγ . Χ〈χ πη νγ πη〈π ϖ τ λ τρονγ ηο〈 η χ. Νξβ ΗΘΓ Η◊ Ν ι, 2004.ũ Đă Độ ươ ậ ọ Đ ộ


[4] Ηολλασ. Μορδεν Σπεχτροσχοπψ, Ωιλεψ, 2004.

[5] Βαρβαρα Στυαρτ. Μοδερν Ινφραρεδ Σπεχτροσχοπψ. ϑοην Ωιλεψ & Σονσ, 1996
Dr. Hoa Du -Nguyen 6
Chương 1. Đại cương về quang phổ

Β ν χη τ β χ ξ ι ν τả ấ ứ ạ đ ệ ừ

Σ τ νγ τ〈χ χ α β χ ξ ι ν τ ϖ ι ϖ τ χη τ.ự ươ ủ ứ ạ đ ệ ừ ớ ậ ấ

  νη λυ τ η π τη 〈νη σ〈νγ

Θυψ τ χ χη ν λ χ ắ ọ ọ

Χ〈χ λο ι θυανγ πη

χ τρ5 26 χ α [1]–Đọ ủ
Dr. Hoa Du -Nguyen 7
1.1. Bản chất của bức xạ điện từ
 ι ν τρ  νγ Ε; Τ τρ  νγ Β
Χηι υ  ι β χ ξ : Κ; Β  χ σ⌠νγ λ
Dr. Hoa Du -Nguyen 8
Các vùng phổ bức xạ điện từ
Dr. Hoa Du -Nguyen 9
Các đặc trưng của bức xạ điện từ

ε = η.ν = η.χ/λ ϖ ι ν = χ/λ
h = 6,626.10
−27

erg.s = 6,626.10
−34
J.s

ν ’ = 1/λ σ σ⌠νγ (cm
−1
, m
−1
)

1εργ = 10
−7
ϑ = 2,3884.10
−8
χαλ = 0,624.10
12
ες

1ες = 1,60217.10
−19
ϑ = 1,60217.10
−12
εργ

1µ = 10
2
χµ = 10
6
µµ = 10
9

νµ = 10
10
⊕

λ χ◊νγ νη ỏ  ε χ◊νγ λ ν

ν χ◊νγ λ ν  ε χ◊νγ λ ν
Dr. Hoa Du -Nguyen 10
Bài tập

Τνη ν νγ λ νγ χ α β χ ξ χ⌠ β χ σ⌠νγ ă ượ ủ ứ ạ ướ λ = 510νµ ρα ν ϖ εργ, ϑ/µολ, χαλ/µολ.đơ ị

Γι ι:ả
+ 510νµ = 5,1.10
−7
µ.
+ ε = η.χ/λ = 6,626.10
−34
.3.10
8
/5,1.10
−7
= 3,89.10
−19
ϑ = 3,89.10
−12
εργ = 23,46.10
4
ϑ/µολ=
234,6 κϑ/µολ = 56κχαλ/µολ

Dr. Hoa Du -Nguyen 11
Bài tập

Πην τ ΗΧλ η π τη β χ ξ 2881 χµử ấ ụ ứ ạ ở
−1
. Ηψ τνη: λ,ν χ α β χ ξ ϖ◊ σ τηαψ   ι
ν νγ λ  νγ ε χ α πην τ κηι η π τη β χ ξ ν◊ψ.

Λ◊µ χ〈χ β◊ι τ π τ 1.1 1.4 τρ25 [1]–
Dr. Hoa Du -Nguyen 12
Bức xạ
Mẫu
chất
Hấp
thụ
Khuếch
tán
Truyền
qua
1.2. Sự tương tác của bức xạ điện
từ với vật chất
Dr. Hoa Du -Nguyen 13
Thay đổi năng lượng của phân tử

Ε = Εελ + Εδ + Εθ
 ∆Ε = ∆Ε
ελ
+ ∆Ε
δ
+ ∆Ε

θ

ϖ ι ∆Ε = η.ν

∆Ε
ελ
> ∆Ε
δ
> ∆Ε
θ

Dr. Hoa Du -Nguyen 14
Sự tương tác của bức xạ điện từ với
vật chất

1/ Πην τ η π τη χ〈χ λ  νγ τ β χ ξ ν νγ λ  νγ ην  νγ ϖ ι χηνη λ χη χ〈χ µ χ
ν νγ λ  νγ χ α πην τ .
Μ + ην  Μ
∗

Τη ι γιαν σ νγ χ α Μ∗ νγ ν, χ⌠ σ χηυψ ν ηο〈 ν νγ λ  νγ τηεο χ〈χ χ〈χη κη〈χ νηαυ.
Dr. Hoa Du -Nguyen 15
Sự tương tác …

2/ Σ πη〈τ ξ τ πη〈τ: σποντανεουσ εµισσιον: χη νγ η ν νη σ πη〈τ ξ χ α ν ự ạ ự ẳ ạ ư ự ạ ủ đ
νατρι,  ν δψ τ⌠χ Ω, …
Μ
∗
 Μ + ην


3/ Σ πη〈τ ξ χ µ  νγ (κχη τηχη): ξ ψ ρα κηι Μ∗ νη ν τηµ µ τ λ  νγ τ κχη
τηχη ν α:
Μ∗ + ην  Μ + 2η.ν

4/ C〈χ θυ〈 τρνη κηνγ η π τηυ ηαψ πη〈τ ξ : τρυψ ν ν νγ λ  νγ σανγ µ χ δαο   νγ
ϖ◊ θυαψ χ α µ χ ελεχτρον τ  νγ  νγ, τ νγ χηυψ ν   νγ νηι τ  λ◊µ ν⌠νγ χη τ.
Dr. Hoa Du -Nguyen
16
Hình 6. Sơ đồ các mức năng lượng và bước chuyển mức năng lượng
Trạng thái
electron kích
thích
Trạng thái
electron cơ bản
Các trạng
thái dao
động
Các mức
quay
ν
0
ν
1
j
0
j
1
j
2
j’

0
j’
1
j’
2
∆E
el
∆E
dđ
∆E
q
Dr. Hoa Du -Nguyen 17
Trạng thái singlet và triplet
Trạng thái cơ
bản S
0
Trạng thái kích
thích singlet S
1
Trạng thái kích
thích triplet T
1
Orbital liên
kết
Orbital phản
liên kết
E ψ
1
ψ
2

ψ
3
ψ
4
Hình 7. Cấu hình electron của trạng thái cơ bản và các trạng thái kích thích
singlet và triplet của phân tử với 4 electron và 4 orbital
Dr. Hoa Du -Nguyen 18
Giải thích sự phát huỳnh quang và lân quang
3
2
1
V=0
3
2
1
V'=0
Hấp thụ Phát huỳnh
quang
(fluorescence)
Phát lân quang
(phosphorescence)
S
0
T
1
S
1
Hình 8. Giản đồ năng lượng giải thích sự phát huỳnh quang và lân quang
Dr. Hoa Du -Nguyen 19
1.3. Định luật hấp thụ bức xạ L-B


λγ(Ι0/Ι) = ε.λ.χ = ∆ (ηο χ Α)ặ
(οπτιχαλ ∆ενσιτψ ; Αβσορβανχε)

ε
= η σ η π τη µολ, χη πη τηυ χ β ν χη τ χ α χη τ η π τη ϖ◊ β χ σ⌠νγ β χ ệ ố ấ ụ ỉ ụ ộ ả ấ ủ ấ ấ ụ ướ ứ
ξ β η π τηạ ị ấ ụ
I
0
I


Lượng chất?

Chiều dài?

Xác suất hấp
thụ?
l
Dr. Hoa Du -Nguyen 20

τρυψ ν θυα:Độ ề
Τ = Ι/Ι0 τη νγ βι υ τη δ νγ %ườ ể ị ạ
Α = −λγ Τ

Τ = −λγ(Ι/Ι0) = 10
−ε.χ.λ
= 10
−Α
Định luật hấp thụ bức xạ L-B

Dr. Hoa Du -Nguyen 21
Điều kiện nghiệm đúng đ.l L-B

ΑΣ ν σ χđơ ắ

Χηµ τια σονγ σονγ, ϖυνγ γ⌠χ ϖ ι β µ τ µ υớ ề ặ ẫ

Κηνγ χ⌠ σ λιν η π ηο χ πην λψ χη τ η π τη .ự ợ ặ ấ ấ ụ

Κηο νγ τυν τηεο νη λυ τ Λαµβε Βια τη νγ ϖνγ ν νγ νη .–ả đị ậ ườ ở ồ độ ỏ
Dr. Hoa Du -Nguyen 22
1.4. Quy tắc chọn lọc

Νγυψν τ /πην τ χη η π τη χη ν λ χ χ〈χ πηοτον χ⌠ ν νγ λ νγ νγ ϖ ι βι ν ử ử ỉ ấ ụ ọ ọ ă ượ ứ ớ ế
τηιν ν νγ λ  νγ χ α χηνγ.
ην = Ε1 Ε– 0

Χηυψ ν µ χ ν νγ λ νγ πην τ πη ι κµ τηεο τηαψ ι χ〈χ τρυνγ τµ ι ν τχη.ể ứ ă ượ ử ả đổ đ ệ

Κ/ν β  χ χηυψ ν    χ πηπ/β χ µ.
Dr. Hoa Du -Nguyen 23
Quy tắc chọn lọc

Χηυψ ν µ χ    χ πηπ χ⌠ τη ξ ψ ρα ϖ ι ξ〈χ συ τ λ ν  χ  νγ   λ ν

Χηυψ ν µ χ κηνγ    χ πηπ (β χ µ) ϖ ν χ⌠ τη ξ ψ ρα, νη νγ ϖ ι ξ〈χ συ τ β 
χ  νγ   β.
Dr. Hoa Du -Nguyen 24
1.5. Biểu diễn phổ


∆ – λ

∆− ν’

Τ – ν’

Τ – λ

ε – λ

ε – ν’
Dr. Hoa Du -Nguyen 25
Phổ hấp thụ electron

ς τρ   νη πη

Χ  νγ  

Β ρ νγ

Τνη   ι ξ νγ