Расчет параметров валентных колебаний.
Стр 1 из 2Следующая ⇒ Экспериментальная часть Лабораторная работа №1 Определение характеристических частот и молекулярных фрагментов по ИК-спектрам. Расчет структурных параметров молекулы. 3.5.1.1. Цель работы: Ознакомление с основными приёмами анализа ИК-спектра поглощения. Расчёты частотных параметров ИК-спектра и структурных параметров молекулы: определение характеристических частот и природы молекулярных осцилляторов (химических связей, фрагментов, функциональных групп). Расчёты приведённых масс, силовых констант, амплитуд валентных колебаний, эмпирическая оценка длин связей, расчёты приведённых моментов инерции, угловых амплитуд деформационных колебаний. 3.5.1.2. Виды получаемой экспериментальной, справочной и структурной информации: Спектральная информация. Волновые числа, длины волн, круговые частоты, характеристические частоты молекулярных осцилляторов. Аналитическая информация. Частично или полностью установленный структурный состав молекулы: химические связи, молекулярные фрагменты, функциональные группы. 3) Справочная и структурная информация: Приведённая масса молекулярного осциллятора, силовая константа, амплитуда, длина связи, колебательная статистическая сумма. 3.5.1.3. Порядок выполнения работы. По указанию преподавателя установите рабочий диапазон развёртки частот спектрофотометра. Примечание: Без специального указания обычно устанавливается полный обзорный диапазон 400-4000 см-1 (масштаб записи 100 см-1 = 7,5 мм) По указанию преподавателя запишите ИК- спектр поглощения пленки полимера известного состава. 3) Используя масштаб развёртки частот в рабочем диапазоне, определите частоты основных наиболее интенсивных полос ИК- поглощения и результаты сведите в таблицу 3.5.1.
Таблица 3.5.1. Наблюдаемые частоты ИК-спектра полимера ______ и отнесение спектральных частот к молекулярным колебаниям групп
4) Сравните выделенные Вами частоты со справочными таблицами, номограммами (компьютерными базами данных), содержащими характеристические частоты молекулярных колебаний (см. приложение 4.3.). 5) С учётом предложенного Вам молекулярного состава и структуры образца отнесите частоты к определенным молекулярным колебаниям. 6) Сделайте выводы о наличии в образце тех или иных молекулярных фрагментов и функциональных групп. При таком анализе полезно учесть, что молекулярный фрагмент или функциональная группа могут быть представлены в спектре не одной полосой, а некоторым набором полос поглощения разной интенсивности и частоты. Если при отнесении частоты оказывается, что ей соответствуют частоты колебаний нескольких различных фрагментов, то необходимо обратить внимание на наличие в спектре других характеристических частот данной группы, учитывая элементный состав Вашего образца. Внимание! Выполняя расчёты, выберите одну из систем физических единиц. В спектроскопии это может быть СИ или СГС. Необходимость этого выбора диктуется калибровкой шкалы частот спектрофотометра в см-1, основанной на системе СГС. Расчет параметров валентных колебаний. 1) По указанию преподавателя для валентного колебания рассчитайте набор спектральных и структурных характеристик (В СИ или СГС). 2) Расчёты сведите в таблицу 3.5.2. Таблица 3.5.2. Расчёт спектральных и структурных характеристик молекулы.
1) МА и МВ – атомные массыядер А и В, NА – число Авогадро; 2)для u = 0,1,2 3)Расчет по эмпирической формуле Бэджера, где [ rAB ] =Å =10-8 см = 10-10 м. Таблица 3.5.3. Эмпирические постоянные уравнения Бэджера для расчёта длины химической связи AB
В таблице 3.5.3 k - константа упругости валентного колебания, i, j –номера рядов (но не периодов!) Периодической Системы Менделеева, к которым принадлежат атомы химической связи AB, Сi,j и Di,j –справочные эмпирические константы. 3) Для указанных преподавателем деформационных колебаний рассчитайте приведенные моменты инерции IAB= mrAB2 и угловые амплитуды колебаний для двух низших уровней. В этих расчётах момент инерции играет роль обобщенной массы, а роль координаты - угловое смещение от равновесной конфигурации. Для расчета I необходимы массы отдельных атомов и длины изгибающихся связей. Длины связей находятся либо из частот валентных колебаний данного фрагмента молекулы по формуле Бэджера, либо из справочных данных. Ниже приводятся формулы для расчёта приведённых моментов инерции деформационных колебаний. а) маятниковое (r): колебания в плоскости BAB. Оба атома B движутся в одну сторону. Приближенно, считая, что атом А принадлежит к более массивному фрагменту молекулы (кроме атомов В), находим I. (рис. 3.4). I=2mB. б) ножничное (dS): колебания в плоскости BAB, но атомы движутся в разные стороны. При этом сохраняется положение оси равновесия, и фор-
мула для приведенного момента инерции подобна формуле для приведенной массы связи:
Рис. 3.4. Геометрия ножничных (A) и маятниковых (B) деформационных колебаний CH2-фрагментов в полимерной цепи полиэтилена (-CH2-CH2-)n. Лабораторная работа № 2 Определение структурных и статистических характеристик двухатомных молекул по колебательно-вращательным спектрам. 3.5.2.1. Цель работы: 1) изучение тонкой структуры колебательно-вращательной полосы спектра двухатомных молекул и отнесение ее компонент к вращательным переходам в Р- и R-ветвях; 2) Расчет структурных характеристик молекулы по ее колебательно-вращательному спектру 3) расчет энергетических и статистических характеристик молекулы по её колебательно-вращательному спектру 3.5.2.2. Информация, получаемая при проведении работы: Спектральная информация: волновое число, длина волны, характеристическая частота. Структурная информация включает все характеристики колеблющейся связи, перечисленные в работе № 1, а также вращательные параметры: момент инерции, колебательная статистическая сумма, вращательная статистическая сумма. 3.5.2.3. Порядок выполнения работы.
2) Определите положение ветвей P - и R -ветвей.
3) Определите частоту колебательного перехода и оцените среднее значение вращательной постоянной В по расстоянию между центральными компонентами ветвей Р- и R- по уравнению (3.27). 4) Пронумеруйте вращательные компоненты спектра по значению вращательного квантового числа J нижнего уровня, начиная с впадины между двумя ветвями, отвечающей запрещенному чисто колебательному переходу с Du = 1 и DJ = 0. В R-ветви нумерация начнется с J = 0, а в Р-ветви с J = 1. Найдите частоты Таблица 3.5.4. Волновые числа компонент вращательной структуры молекулы
5) По указанию преподавателя, используя приложение 4.4., проведите более точный анализ спектра. Определите вращательные постоянные В0 и В1 в основном и возбужденном колебательных состояниях молекулы. А) Для нахождения В1 найдите разность между частотами вращательных компонентов в ветвях P и R, соответствующих одному и тому же значению вращательного квантового числа J нижнего колебательного уровня. Эта разность описывается линейным уравнением:
Б) Для нахождения В0 проделайте такую же процедуру, но в качестве значений аргумента выбирайте в ветви R частоты переходов с уровней J-2. Получается уравнение
График этой зависимости - также прямая линия. Угловые коэффициенты линейных функций (3.34) и (3.35) равны 4В0,1. 6) Постройте зависимости 8) Из полученных данных рассчитайте структурные характеристики молекулы, указанные в таблице 3.5.5.
Таблица 3.5.5. Структурные характеристики молекул
9) Рассчитайте энергетические и статистические характеристики вращательного движения молекулы, указанные в таблице 3.5.6 Таблица 3.5.6. Энергетические и статистические характеристики вращательного движения молекулы
1) EJ = hcBJ(J+1) (3.13)
Заселенность уровня по закону Больцмана равна
где NJ(T) –заселенность уровня с квантовым числом J притемпературе T; N – общее число молекул газа; g=2J+1 –кратность вырождения вращательного уровня J; Qr .- вращательная статистическая сумма, для гетероядерной линейной молекулыприближённо равная
k = 1,38*10 –23 Дж/К – константа Больцмана. 10) Составьте две пропорции: 1) теоретически рассчитанных заселённостей вращательных уровней молекулы и 2) экспериментально измеренных интенсивностей (амплитуд) компонент колебательно-вращательного спектра. Сравните обе пропорции. В идеальном случае они совпадают. Лабораторная работа №3.
Воспользуйтесь поиском по сайту: ![]() ©2015 - 2025 megalektsii.ru Все авторские права принадлежат авторам лекционных материалов. Обратная связь с нами...
|