treibhauseffekt ir uv ir o c o 800 700 400 500600 ir uv
TRANSCRIPT
Treibhauseffekt
IR UVIR
O C O
800 700 400500600IR UV
Ausgewählte Grundlagen der IR-Spektroskopie
Grundlegende physikalisch-chemische Anwendungen
Gliederung
I. Informationen über die Molekülgeometrie - Grundschwingungen von Molekülen - IR-Aktivität von Schwingungen
II. Gruppen- und Substanzidentifikation - Schwingungsfrequenzen funktioneller Gruppen - Fingerprintbereich
Grundlegende Anwendungen der IR-Spektroskopie
I. Informationen über die Molekülgeometrie
Molekülanregung und IR-Aktivität der Schwingungen
Epot
r
Abstoßung
Anziehung
r
Epot
r0
Federmodell:
Rücktreibende Kraft (Hook`sches Gesetz):
F = - k * ( r- r0 )
Molekülanregung und IR-Aktivität der Schwingungen
Integration liefert potentielle Energie Epot als Funktion des Kernabstandes r:
Vr = 1/2 * k *( r )2
r
Epot
bzw. Vr
r0
v=0
Quantenphysikalische Betrachtung
h *
v=1h*
E = ( v + 1/2 ) * h * vib
(vib = Schwingungsfrequenz)
r
Epot
bzw. V
r0
v=0
Quantenmechanik: Schwingungsquantenzahl v (= 0,1,2...)
Das Molekül schwingt mit der Frequenz:
IR-Spektrum von CO2
1,2
0,9
0,6
0,3
0,0
[cm-1]
% T
Merke: (IR-Aktivität der Schwingungen)
• IR-Strahlung verstärkt Eigenschwingungen von Molekülen
• Die Strahlungsfrequenz muss gleich der natürl. Schwingungsfrequenz des Moleküls sein
• Für IR-Absorption muss sich das Übergangsdipolmoment des Moleküls ändern!
Anzahl von Normalschwingungen:
• Anzahl der Z Schwingungsfreiheitsgrade ist:
Z= 3 * N - 5 für lineare Moleküle
Z= 3 *N - 6 für gewinkelte Moleküle (N = Anzahl der Atome)
• davon fallen 3 auf Translationsbewegung in x, y, z- Richtung
• 3 weitere auf Rotation um die Hauptträgheitsachse (bei linearen Molekülen 2!)
Bsp.: CO2
3 Atome, linear:
Z = 3*3 - 5 = 4 Normalschwingungen
Unterscheidung der Grundschwingungen in:
c) entartete (e): Bindungslängen und -winkel
a) symmetrische (s): Änderung der Bindungslängen b) antisymmetrische (as): Änderung der Bindungswinkel
Streckschwingungen () Deformationsschwingungen()
senkrecht zur Papierebene in der Ebene
as s
Schwingungsfreiheitsgrade des CO2
IR-Spektrum von CO2
1,2
0,9
0,6
0,3
0,0
[cm-1]
% T
II. Substanz- und Gruppenidentifikation durch IR-Spektroskopie
• Aufzeichnen eines IR-Spektrums durch Einstrahlung von = 2-15m = 5000 - 600cm-1
• unterschiedliche Anregung verschiedener Atomgruppen (z.B. funktionelle Gruppen)
• Gruppenfrequenzen liegen bei =4000-1250cm-1
Formaldehyd
(charakteristische Frequenzen fkt. Gruppen)
Bsp.: Carbonylgruppenschwingung bei: = 1620-1830cm-1
Spektrale Lage charakteristischer Gruppenschwingungen:
Abhängigkeit der spektralen Lage von:
2. Masse der beteiligten Atome:
je geringer m, desto höher die Frequenz!
1. Bindungsstärke: je größer k, desto höher die Frequenz!
Zusammenfassung
• IR-Strahlung kann von Molekülen absorbiert werden
• Analytischer Einsatz zur Strukturaufklärung und Substanzidentifizierung
• praktischer Einsatz im Alltag
Literaturangaben:
• Schnepel, Frank-M., ChiuZ, Vol.2, 1979, 33-42• Latscha, Klein, Basiswissen Chemie, Springer-Verlag,
Berlin, Heidelberg, 1994, 433ff• Mortimer, Charles E.: Chemie, Thieme-Verlag, Stuttgart,
1996• Becker, Heinz et. al., Organikum, Willey-Vch, Weinheim,
1999, 91ff• www.ir-spektroskopie.de/basics/• www.marvin1.pc.ruhr-uni-bochum.de/~arnold/ir• www.orgchem.uni-essen.de/chemie_im_www/IR-
www.html• www.cem.msu.edu/%7Ereusch/virtual/ext/Spectrpy/
Infrared/infrared.htm#ir1