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


MỞ ĐẦU


ςαι τρ∫ χủα χ〈χ ΠΠςΛ đốι ϖớι Ηο〈 ηọχ:

 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

2

Khái niệm các PPVL


Σử δụνγ χ〈χ πηπ đο λườνγ ϖ◊ πην τχη νηữνγ đạι λượνγ ϖậτ λ χủα ηệ
ηο〈 ηọχ đểτηυ đượ
χ τηνγ τιν χầν τηιếτ ϖề χấυ τạο, τνη χηấτ χ〈χ χηấτ.




Τνη χηấτ θυανγ , đιệν, τừ, κηốι λượνγ , νηιệτ λượνγ , νηιệτ độ, …

Dr. Hoa Du -Nguyen

3


CÁC NỘI DUNG CHÍNH









Χηươνγ 1 . Đạι χươνγ ϖề θυανγ πηổ
Χηươνγ 2 . Θυανγ πηổ ηồνγ νγ οạι
Χη

νγ 3 . Θυανγ πη

Υς−ϖισ

Χηươνγ 4 . Πηổ νηιễυ ξạ Ρơνγ ηεν
Χη

νγ 5 . Πη

νγ υψν τ

Χη

νγ 6 . Πη

ΝΜΡ

Χη

νγ 7 . Πη

κη ι λ

Χη

νγ 8 . Μ τ ϖ◊ι πη

νγ
νγ πη〈π κη〈χ

Dr. Hoa Du -Nguyen

4


Học liệu






[1] Νγ υψễν Η ữυ Đỉνη, Τρầν Τηị Đ◊. Ứνγ δụνγ µộτ σố πηươνγ πη〈π πηổ
νγ ηιν χứυ χấυ τρχ πην τử. Νξβ Γι〈ο δ χ, 1 9 9 9 .
[2 ] Νγ υψ ν νη Τρι υ. Χ〈χ πη
Νξβ ΗΘΓ Η◊ Ν ι, 2003.

νγ πη〈π ϖ τ λ

νγ δ νγ τρονγ ηο〈 η χ.

[3 ] ςũ Đăνγ Độ. Χ〈χ πηươνγ πη〈π ϖậτ λ τρονγ ηο〈 ηọχ. Νξβ ĐΗΘΓ Η◊ Ν ộι,
2004.
[4] Ηολλασ. Μορδεν Σπεχτροσχοπψ, Ωιλεψ, 2004.
[5] Βαρβαρα Στυαρτ. Μοδερν Ινφραρεδ Σπεχτροσχοπψ. ϑοην Ωιλεψ & Σονσ, 1996

Dr. Hoa Du -Nguyen

5

Chương 1. Đại cương về quang phổ







Βảν χηấτ βứχ ξạ đιệν τừ
Σự τươνγ τ〈χ χủα βứχ ξạ đιệν τừ ϖớι ϖậτ χηấτ.
νη λυ τ η π τη 〈νη σ〈νγ
Θυψ τắχ χηọν λọχ
Χ〈χ λο ι θυανγ πη
Đọχ τρ5 – 26 χủα [1]

Dr. Hoa Du -Nguyen

6


1.1. Bản chất của bức xạ điện từ

ι ν τρ νγ Ε;
Χηι υ ι β χ ξ : Κ;

Τ τρ νγ Β
Β

χ σ⌠νγ λ

Dr. Hoa Du -Nguyen

7


Các vùng phổ bức xạ điện từ

Dr. Hoa Du -Nguyen

8


Các đặc trưng của bức xạ điện từ


ε = η.ν = η.χ/λ

ϖ ι ν = χ/λ

−27
−34
h = 6,626.10 erg.s = 6,626.10 J.s









ν’ = 1/λ
1 εργ = 1 0

−1 −1
σ σ⌠νγ (cm , m )
−7

ϑ = 2 ,3 8 8 4 .1 0

−8

χαλ = 0 ,6 2 4 .1 0

12

ες

−1 9
−12
1ες = 1,60217.10 ϑ = 1,60217.10 εργ
2
6
9
10
1µ = 10 χµ = 10 µµ = 10 νµ = 10 ⊕
λ χ◊νγ νηỏ  ε χ◊νγ λ ν
ν χ◊νγ λ ν  ε χ◊νγ λ ν

Dr. Hoa Du -Nguyen

9


Bài tập


Τνη νăνγ λượνγ χủα βứχ ξạ χ⌠ βướχ σ⌠νγ λ = 5 1 0 νµ ρα đơν ϖị εργ , ϑ/µολ,
χαλ/µολ.



Γιảι:

−7
+ 510νµ = 5,1.10 µ.
−34 8
−7
−19
−12
4
+ ε = η.χ/λ = 6,626.10 .3.10 /5,1.10 = 3,89.10 ϑ = 3,89.10 εργ = 23,46.10 ϑ/µολ= 234,6
κϑ/µολ = 56κχαλ/µολ

Dr. Hoa Du -Nguyen

10

Bài tập


−1
Πην τử ΗΧλ ηấπ τηụ βứχ ξạ ở 2 8 8 1 χµ . 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

11


1.2. Sự tương tác của bức xạ điện
từ với vật chất
Hấp
thụ
Bức xạ

Mẫu
chất

Khuếch
tán
Truyền
qua

Dr. Hoa Du -Nguyen

12


Thay đổi năng lượng của phân tử



Ε

=

Εελ + Εδ

∆Ε

=

∆Εελ + ∆Εδ

ϖ ι ∆Ε



=

∆Εελ > ∆Εδ

+ Εθ

+ ∆Εθ

η.ν

>

∆Εθ

Dr. Hoa Du -Nguyen

13


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 γ ιαν 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

14


Sự tương tác …




2 / Σự πη〈τ ξạ τự πη〈τ: σποντανεουσ εµισσιον: χηẳνγ ηạν νηư σ ự πη〈τ ξạ χ ủα
ν 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

15


Trạng thái
electron kích
thích

j’2
j’1
j’0

ν1

∆Edđ

∆Eel

j2
j1

∆Eq
j0

Các mức
quay
Các trạng
thái dao
động

ν0

Trạng thái
electron cơ bản

Hình 6. Sơ đồ các mức năng lượng và bước chuyển mức năng lượng
Dr. Hoa Du -Nguyen

16


Trạng thái singlet và triplet
Trạng thái cơ
bản S0

Trạng thái kích
thích singlet S1

Trạng thái kích
thích triplet T1

ψ4
Orbital phản
liên kết

ψ3

ψ2
E

Orbital liên
kết

ψ1

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

17


Giải thích sự phát huỳnh quang và lân quang
3
2
1

S1

V'=0

T1

3
2
1

S0

V=0
Hấp thụ

Phát huỳnh
quang
(fluorescence)

Phát lân quang
(phosphorescence)

Dr. Hoa
Du -Nguyen
18
Hình 8. Giản đồ năng lượng giải
thích
sự phát huỳnh quang và lân quang


1.3. Định luật hấp thụ bức xạ L-B
 Lượng chất?



I0

I
l



 Chiều dài?
 Xác suất hấp
thụ?

λγ (Ι0 /Ι) = ε.λ.χ = ∆ (ηοặχ Α)

ε

(οπτιχαλ ∆ενσιτψ ; Αβσορβανχε)
= ηệ σố ηấπ τηụ µολ, χηỉ πηụ τηυộχ βảν χηấτ χủα χηấτ ηấπ τηụ ϖ◊ βướχ

σ⌠νγ βứχ ξạ βị ηấπ τηụ

Dr. Hoa Du -Nguyen

19


Định luật hấp thụ bức xạ L-B


Độ τρυψềν θυα:
Τ = Ι/Ι0

τηườνγ βιểυ τηị δạνγ %

Α = −λγ Τ



Τ = −λγ (Ι/Ι0) = 1 0

−ε.χ.λ

−Α
= 10

Dr. Hoa Du -Nguyen

20


Điều kiện nghiệm đúng đ.l L-B





ΑΣ đơν σắχ
Χηµ τια σονγ σονγ , ϖυνγ γ ⌠χ ϖớι βề µ ặτ µẫυ
Κηνγ χ⌠ σự λιν ηợπ ηοặχ πην λψ χηấτ ηấπ τηụ.
Κηοảνγ τυν τηεο địνη λυậτ Λαµβε – Βια τηườνγ ở ϖνγ νồνγ độ νηỏ.

Dr. Hoa Du -Nguyen

21


1.4. Quy tắc chọn lọc


Νγ υψν τử/πην τử χηỉ ηấπ τηụ χηọν λọχ χ〈χ πηοτον χ⌠ νăνγ λượνγ ứνγ ϖớι
βιếν τηιν νăνγ λượ
νγ χủα χηνγ .
ην = Ε1 – Ε0



Χηυψểν µứχ νăνγ λượνγ πην τử πηảι κµ τηεο τηαψ đổι χ〈χ τρυνγ τµ
ι ν τχη.



Κ/ν β

χ χηυψ ν

χ πηπ/β χ µ.

Dr. Hoa Du -Nguyen

22


Quy tắc chọn lọc



Χηυψ ν µ χ

χ πηπ χ⌠ τη ξ ψ ρα ϖ ι ξ〈χ συ τ λ ν

Χηυψ ν µ χ κηνγ
 χ νγ
β.

 χ νγ

λν

χ πηπ (β χ µ) ϖ ν χ⌠ τη ξ ψ ρα, νη νγ ϖ ι ξ〈χ συ τ β

Dr. Hoa Du -Nguyen

23


1.5. Biểu diễn phổ







∆ – λ
∆− ν’
Τ – ν’
Τ – λ
ε – λ

ε – ν’

Dr. Hoa Du -Nguyen

24


Phổ hấp thụ electron





ς τρ

νη πη

Χ νγ
Β ρ νγ
Τνη

ι ξ νγ

Dr. Hoa Du -Nguyen

25