Cơ sở lý thuyết phổ hông ngoại

Môn phương pháp phân tích
dụng cụ
Đề tài 5 :Cơ sở lý thuyết phổ hông ngoại
Thành viên nhóm:
 Nguyễn Văn Tiệp (C)
 Lê Văn Thọ
 Dương Anh Tuấn


Mở Đầu
Ngày nay các phương pháp vật lý, đặc biệt là các phương
pháp phổ được sử dụng rộng rãi để nghiên cứu các hợp
chất hóa học cũng như các quá trình phản ứng hóa học.
Những phương pháp này đặc biệt có ý nghĩa đối với việc
xác định các hợp chất hữu cơ. Cơ sở của phương pháp
phổ là quá trình tương tác của các bức xạ điện từ đối với
các phân tử vật chất. Khi tương tác với các bức xạ điện
từ, các phân tử có cấu trúc khác nhau sẽ hấp thụ và phát
xạ năng lượng khác nhau. Kết quả của sự hấp thụ và
phát xạ năng lượng này chính là phổ, từ phổ chúng ta có
thể xác định ngược lại cấu trúc phân tử. một trong những
phương pháp phân tích phổ đó là phương pháp phân tích
phổ hồng ngoại


Nội dung chính



I Điều kiện xảy ra.



II Luận điểm cơ bản.



III Ứng dụng.



IV. Kết luận.


I.Điều kiện xảy ra
1.1 Độ dài chính xác của bức xa
Khi hấp thụ bức xa hồng ngoại tần số dao
động tự nhiên của 1 phân tử cùng với tần số
bức xạ tới
Vd:
Tần số dao dộng tự nhiên của HCl 8,7.1013s-1
Thực nghiệm cho thấy khi cho bức xạ hồng
ngoại chiếu qua mẫu HCl người ta nhận thấy
rằng bức xạ có tần số 8×1013s-1 bị hấp thụ
trong khi các tần số khác được truyền qua
Điều kiện này chỉ áp dụng cho các phân tử thực
hiện chuyển dao động điều hòa.


1.2 Lưỡng cực điện
Một phân tử chỉ hấp thụ bức xạ hồng ngoại

khi có sự hấp thụ đó gây nên sự biến thiên
momen lưỡng cực của chúng.
Một phân tử lưỡng cực khi nó có điện tích
(+) và điện tích (-) rõ rệt


II. Luận điểm .
2.1 Dao động quay của phân tử và quang phổ quay
Các phân tử khi bị chiếu bởi bức xạ điện từ có bước
sóng ở vùng hồng ngoại xa từ 200-10cm-1 sẽ quay
quanh trục cân bằng

Phương trình năng lượng quay


 J:

là số lượng tử quay
I =Mr2 : Momen quán tính
R : Là khoảng cách giữa 2 nguyên tử
M = khối lượng rút gọn
      

Chia 2 vế phương trình cho h*c ta được


ta có F(J)=BJ(J+1)
Hằng số B đặc trưng cho môi phân tử

Để thu được phổ quay của phân tử người ta
dùng bức xạ hồng ngoại xa hoặc bức xạ vi
sóng .phổ quay của phân tử ngoài việc nhận
dạng các chất còn xác định được khoảng cách
giữa các nguyên tử ,góc liên kết
Ví dụ
Từ dữ liệu phổ quay người ta thu được các giá
trị khoảng cách giữa các nguyên tử
HF(0,87A0)
HCl(1,28A0)
HBr(1,42A0)
HI(1,62A0)
Giá trị hăng số quay B
H2(60,8cm-1) HF(20,9cm-1) LiH(4,23cm-1)
CO(1,95cm-1)


2.2 Dao động điều hòa
Là dao động của quả lắc nghĩa là vật thể chuyển động
quanh vị trí cân bằng của nó vê cả 2 phía với biên độ
không đổi.
Lực đàn hồi F = - k.x

 

K hằng số lực phụ thuộc độ bền liên kết các nguyên tử
X độ lệch phụ thuộc thời gian

Tần số được biểu diễn V=
M là khối lượng rút gọn

 
Năng
lượng dao động biểu diễn Ed=h.v.(n+)
N là sô lượng tử dao động có giá trị 0,1,2,3,4…


2.3 Dao động không điều hòa
Trong thực tế dao động các nguyên tử trong
phân tử không phải dao động điều hòa và biên
độ dao đông thay đổi. Khi tăng khoảng cách giữa
các nguyên tử đến một giới hạn nào đó chúng
sẽ bị phân ly hoặc khi ép 2 nguyên tử lại gần
nhau sẽ xuất hiện một lực đẩy và lực đẩy này sẽ
tăng lên khi các nguyên tử các gần nhau
Càng lên cao các vạch năng lượng càng gần lại
nhau.Khi bị kích thíc bởi năng lượng nào đó phân
tử đang ở trạng thái cơ bản sẽ nhảy sang mức
năng lượng cao hơn .


Ví dụ: Mức năng lượng của phân tử dao động


Ví dụ: Dải vạch phổ phân tử HCl
Mức dao động

V cm­1

0

0
288,5
566,8
8347,5
10293,6
13396,5

0­1
1­2
2­3
3­4
4­5


2.4 Dao động quay
Khi bị kích thíc bởi ánh sáng phân tử có thể
xảy ra quá trình quay và dao động đồng
thời.kết quả mỗi vạch phổ dao động là tập
hợp nhiều vạch nhỏ có tần số bằng tổng của
tần số dao động và tần số quay .
V=Vdd +Vqy
Năng lượng ứng với trạng thái này là tổng
năng lượng quay
Eqvà năng lượng dao động Ed
Eqd =Eq +Ed


2.5 Dao động riêng của phân tử
Các phân tử có từ 3 nguyên tử trở lên ngoài dao
động kéo dãn và nén dọc còn có dao động làm thay

đổi góc liên kết thường dễ dàng hơn thay đổi độ dài
lien kết nên năng lượng của nó thường nhỏ. Ta
phân chia những dao động phức tạp này thành dao
động đơn giản hơn gọi là dao động cơ bản hay dao
động chuẩn,chúng có N nguyên tử sẽ có 3N-6 dao
động chuẩn ,các dao động không suy biến và có tần
số khác nhau.
Số dao động sẽ là 3N-5 với phân tử thẳng và
3N-6 với phân tử không thẳng.
Điều kiện phải cung cấp 1 năng lượng tương
ứng .các năng lương có cùng mức năng lượng
gọi là dao động thoái biến.


2.5.1 Dao động hóa trị
Là dao động làm thay đổi chiều dài liên
kết của các nguyên tử phân tử nhưng
không làm thay đổi góc liên kết.

2.5.2 Dao động biến dạng
Là những dao động làm thay đổi góc liên
kết nhưng không làm thay đổi chiêu dài
liên kết của các nguyên tử trong phân tử


2.5.3 Dao động đối xứng và bất đối xứng
Xét phân tử nước có 3 nguyên tử của 2 nguyên tố
Dao động hóa trị đối xứng của liên kết OH là kéo và
nén đồng thời.còn dao động bất đối xứng của liên kết
OH là 1 bên OH dãn ra 1 bên OH nén lại .dao động

biến dạng của OH là góc hóa trị bị thay đổi lúc to lúc
nhỏ
Như vây H2O phân tử không thẳng có 3 dao động đó
là 2 dao động hóa trị đối xứng và bất đối xúng 1 dao
động biến dạng.
Trên phổ hồng ngoại có 2 vạch hấp thụ gần nhau ở
3756 cm-1 va 3652cm -1 ứng với dao động hóa trị
đối xứng và bất đối xứng,1 vạch hấp thụ 1596 cm-1
ứng với dao động biến dạng của liên kết OH.


2.6 Dao động nhóm và tần số đặc trưng
Cho 1 vài dao động của các lien kết riêng rẽ
hoặc của các nhóm chức độc lập với các dao
động khác trong toàn bộ phân tử ,dao động
này xuất hiện ở khoảng tần số rất hẹp và đặc
trưng trong phổ của tất cả các chất chứa
nhóm chức này.
Những nhóm nguyên tử giống nhau trong các
phân tử có cấu trúc khác nhau sẽ có những
giao động định vị thể hiện nhưng khoảng tần
số giống nhau gọi là tần số đặc trưng


Ví dụ: Các nhóm C-H , O-H, N-H….Trong các nhóm nguyên
tủ này của phân tử hằng số lực liên kết hoặc khối lượng
khác biệt nhau so với phần khác của phân tử
Tần số dao động đặ trung của các nhóm chức phụ thuộc
vào hằng số lực liên kêt ,khối lượng nguyên tử và trạng thái
phân tử

VD : Tần số 1 số nhóm
Nhóm 

V cm­1

O­H

1600
3000
1100­900
600

C­H
C­C
C­Br


III. ứng dụng
Sau khi nghiên cứu lý thuyết phổ hồng ngoại
chúng ta dùng nó để nhận biết chất ,xác đinh
đọ tinh khiết của chất ,phân tích định lượng và
định tính


IV: Kết luận


Sau khi nghiên cứu cơ sở của phương pháp phổ hông
ngoại ta thấy rõ bản chất của phương pháp là ghi lại các

tân số sóng hấp thụ thông qua các loại dao động .Từ đó
có thể đọc ,đánh giá cung cấp thông tin về cấu trúc phân
tử nhanh, không đòi hỏi các phương pháp tính toán phức
tạp kỹ thuật này dựa trên hiệu ứng đơn giản là các hợp
chất hóa học có khả năng hấp phụ chọn lọc bức xạ hồng
ngoại ,sau khi hấp thụ các bức xạ hồng ngoại các phân tử
các hơp chất hóa học giao động với nhiều vận tốc giao
động và xuất hiện dải phổ hấp thụ gọi là phổ hấp thụ bức
xạ hồng ngoại.


Cám ơn mọi người chú ý theo dõi