WYKŁAD 2 Podstawy spektroskopii wibracyjnej, model oscylatora harmonicznego i anharmonicznego. Częstość oscylacji a struktura molekuły Prof. dr hab.

Podobne dokumenty
SPEKTROSKOPIA RAMANA. Laboratorium Laserowej Spektroskopii Molekularnej PŁ

dr hab. inż. Beata Brożek-Płuska SPEKTROSKOPIA RAMANA Laboratorium Laserowej Spektroskopii Molekularnej PŁ

Analiza instrumentalna Wykład nr 3

SPEKTROSKOPIA IR I SPEKTROSKOPIA RAMANA JAKO METODY KOMPLEMENTARNE

SPEKTROSKOPIA IR I SPEKTROSKOPIA RAMANA JAKO METODY KOMPLEMENTARNE

WYKŁAD NR 3 OPIS DRGAŃ NORMALNYCH UJĘCIE KLASYCZNE I KWANTOWE.

Rezonanse magnetyczne oraz wybrane techniki pomiarowe fizyki ciała stałego

Wykład 5 Widmo rotacyjne dwuatomowego rotatora sztywnego

Wykład 6 Spektroskopia oscylacyjna. Model oscylatora harmonicznego i anharmonicznego cząsteczki dwuatomowej

Podczerwień bliska: cm -1 (0,7-2,5 µm) Podczerwień właściwa: cm -1 (2,5-14,3 µm) Podczerwień daleka: cm -1 (14,3-50 µm)

Wykład 1A Przegląd optycznych metod spektroskopowych

ZASADY ZALICZENIA PRZEDMIOTU MBS

WYKŁAD 5 Zastosowanie teorii grup w analizie widm oscylacyjnych

Optyczna spektroskopia oscylacyjna. w badaniach powierzchni

SPEKTROSKOPIA MOLEKULARNA 2015/16 nazwa przedmiotu SYLABUS A. Informacje ogólne

Spektroskopia w podczerwieni

Kwantowa natura promieniowania

Spektroskopia Ramana

Spektroskopia Ramana

Spektroskopia molekularna. Spektroskopia w podczerwieni

spektroskopia IR i Ramana

Spektroskopia ramanowska w badaniach powierzchni

Diagnostyka plazmy - spektroskopia molekularna. Ewa Pawelec wykład dla pracowni specjalistycznej

LASERY I ICH ZASTOSOWANIE

Początek XX wieku. Dualizm korpuskularno - falowy

Optyka. Optyka geometryczna Optyka falowa (fizyczna) Interferencja i dyfrakcja Koherencja światła Optyka nieliniowa

Spektroskopia. Spotkanie pierwsze. Prowadzący: Dr Barbara Gil

Ciało doskonale czarne absorbuje całkowicie padające promieniowanie. Parametry promieniowania ciała doskonale czarnego zależą tylko jego temperatury.

Fizyka kwantowa. promieniowanie termiczne zjawisko fotoelektryczne. efekt Comptona dualizm korpuskularno-falowy. kwantyzacja światła

Spektroskopia Ramana drgania i widmo rozpraszania

ZJAWISKA KWANTOWO-OPTYCZNE

LASERY I ICH ZASTOSOWANIE W MEDYCYNIE

Wykład FIZYKA I. Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak. Katedra Optyki i Fotoniki Wydział Podstawowych Problemów Techniki Politechnika Wrocławska

Zastosowanie spektroskopii w podczerwieni w jakościowej i ilościowej analizie organicznej

Podstawy Fizyki IV Optyka z elementami fizyki współczesnej. wykład 2, Radosław Chrapkiewicz, Filip Ozimek

Fizyka 11. Janusz Andrzejewski

Wykład FIZYKA I. 10. Ruch drgający tłumiony i wymuszony. Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak

FIZYKA-egzamin opracowanie pozostałych pytań

Wstęp do Optyki i Fizyki Materii Skondensowanej

Podstawy Fizyki IV Optyka z elementami fizyki współczesnej. wykład 2, Mateusz Winkowski, Jan Szczepanek

I. PROMIENIOWANIE CIEPLNE

Spektroskopia Ramanowska

Mechanika kwantowa. Erwin Schrödinger ( ) Werner Heisenberg

Spis treści. Przedmowa redaktora do wydania czwartego 11

Wykład z modelowania matematycznego. Przykłady modelowania w mechanice i elektrotechnice.

Atomy mają moment pędu

Ruch drgający. Ruch harmoniczny prosty, tłumiony i wymuszony

Zad Sprawdzić, czy dana funkcja jest funkcją własną danego operatora. Jeśli tak, znaleźć wartość własną funkcji.

Wstęp do Optyki i Fizyki Materii Skondensowanej

Właściwości chemiczne i fizyczne pierwiastków powtarzają się w pewnym cyklu (zebrane w grupy 2, 8, 8, 18, 18, 32 pierwiastków).

MECHANIKA 2. Drgania punktu materialnego. Wykład Nr 8. Prowadzący: dr Krzysztof Polko

Siła sprężystości - przypomnienie

Wykład 14. Termodynamika gazu fotnonowego

Ćwiczenie 5. Wyznaczanie widm IR i Ramana formaldehydu oraz obliczenia za pomocą pakietu Gaussian 03W

α - stałe 1 α, s F ± Ψ taka sama Drgania nieliniowe (anharmoniczne) Harmoniczne: Inna zależność siły od Ψ : - układ nieliniowy,

że w wyniku pomiaru zmiennej dynamicznej A, której odpowiada operator αˆ otrzymana zostanie wartość 2.41?

Wykład 1A Przegląd optycznych metod spektroskopowych

Atomy w zewnętrznym polu magnetycznym i elektrycznym

Ćwiczenie 5 Protonowanie wody. Różnice w widmie wibracyjnym między H 3 O + i H 2 O. Wyznaczanie widma Ramana wody

FALOWA I KWANTOWA HASŁO :. 1 F O T O N 2 Ś W I A T Ł O 3 E A I N S T E I N 4 D Ł U G O Ś C I 5 E N E R G I A 6 P L A N C K A 7 E L E K T R O N

Ćwiczenie 3 ANALIZA JAKOŚCIOWA PALIW ZA POMOCĄ SPEKTROFOTOMETRII FTIR (Fourier Transform Infrared Spectroscopy)

Podstawy Fizyki III Optyka z elementami fizyki współczesnej. wykład 21, Mateusz Winkowski, Łukasz Zinkiewicz

dr inż. Beata Brożek-Pluska SERS La boratorium La serowej

Wstęp do Optyki i Fizyki Materii Skondensowanej

Mechanika kwantowa. Jak opisać atom wodoru? Jak opisać inne cząsteczki?

Wykład 9: Fale cz. 1. dr inż. Zbigniew Szklarski

RUCH HARMONICZNY. sin. (r.j.o) sin

1.6. Ruch po okręgu. ω =

Podstawy Fizyki IV Optyka z elementami fizyki współczesnej. wykład 21, Radosław Chrapkiewicz, Filip Ozimek

DRGANIA SWOBODNE UKŁADU O DWÓCH STOPNIACH SWOBODY. Rys Model układu

NOWOCZESNE TECHNIKI BADAWCZE W INŻYNIERII MATERIAŁOWEJ. Beata Grabowska, pok. 84A, Ip

Wstęp do Optyki i Fizyki Materii Skondensowanej

gęstością prawdopodobieństwa

Momentem dipolowym ładunków +q i q oddalonych o 2a (dipola) nazwamy wektor skierowany od q do +q i o wartości:

Tadeusz Lesiak. Dynamika punktu materialnego: Praca i energia; zasada zachowania energii

Natomiast dowolny ruch chaotyczny, np. ruchy Browna, czy wszelkie postacie ruchu postępowego są przykładami ruchu nie będącego ruchem drgającym.

Stałe siłowe. Spektroskopia w podczerwieni. Spektrofotometria w podczerwieni otrzymywanie widm

Wstęp do Optyki i Fizyki Materii Skondensowanej

OPTYKA KWANTOWA Wykład dla 5. roku Fizyki

Wstęp do Optyki i Fizyki Materii Skondensowanej

Termodynamika Część 3

WŁASNOŚCI CIAŁ STAŁYCH I CIECZY

Wstęp do Optyki i Fizyki Materii Skondensowanej

Podstawy fizyki kwantowej

Ruch drgajacy. Drgania harmoniczne. Drgania harmoniczne... Drgania harmoniczne... Notatki. Notatki. Notatki. Notatki. dr inż.

Wykład 18: Elementy fizyki współczesnej -2

Elektrostatyka ŁADUNEK. Ładunek elektryczny. Dr PPotera wyklady fizyka dosw st podypl. n p. Cząstka α

Czym jest prąd elektryczny

Spektroskopia magnetycznego rezonansu jądrowego - wprowadzenie

VIII. VIII.1. ORBITALNY MOMENT MAGNETYCZNY ELEKTRONU, L= r p (VIII.1.1) p=m v (VIII.1.2) L= L =mvr (VIII.1.1a) r v. r=v (VIII.1.3)

Optyka. Wykład V Krzysztof Golec-Biernat. Fale elektromagnetyczne. Uniwersytet Rzeszowski, 8 listopada 2017

Uk lady modelowe II - oscylator

Transport elektronów w biomolekułach

Rozdział 7 Molekuły. 7.1: Jak się formują molekuły? 7.2: Wiązania molekularne 7.3: Rotacje 7.4: Wibracje 7.5: Spektra 7.6: Złożone płaskie molekuły

Ćwiczenie 5. Spektroskopia w podczerwieni w badaniu struktury biomakromolekuł

Modele atomu wodoru. Modele atomu wodoru Thomson'a Rutherford'a Bohr'a

3 Podstawy teorii drgań układów o skupionych masach

OGÓLNE PODSTAWY SPEKTROSKOPII

OPTYKA KWANTOWA Wykład dla 5. roku Fizyki

Maria Bełtowska-Brzezinska

Transkrypt:

WYKŁAD 2 Podstawy spektroskopii wibracyjnej, model oscylatora harmonicznego i anharmonicznego. Częstość oscylacji a struktura molekuły Prof. dr hab. Halina Abramczyk POLITECHNIKA ŁÓDZKA Wydział Chemiczny Instytut Techniki Radiacyjnej Laboratorium Laserowej Spektroskopii Molekularnej

Spektroskopia wibracyjna Atomy w cząsteczce wykonują drgania wokół położenia równowagi. Cząsteczka składająca się z N atomów ma 3N stopni swobody. 3 stopnie swobody potrzebne są do opisu translacji cząsteczki (x,y,z środka masy) oraz 3 (2 dla cząsteczki liniowej) stopnie do opisu rotacji. Zatem 3N-6 (3N-5) stopni swobody opisuje wibracje cząsteczki.

Informacji o wibracjach dostarczają dwa rodzaje spektroskopii Spektroskopia IR ΔE= hν (absorpcja) Spektroskopia Ramana ΔEǂ hν (rozpraszanie)

SPEKTROSKOPIA RAMANA

RozpraszanieRAYLEIGHA Rozpraszanie elastyczne electron excited state ground state 5

Jednakże światło może się rozpraszać i w inny sposóbrozpraszanie Ramana rozpraszanie nieelastyczne w świetle rozproszonym znalazłem częstości inne od częstości światła padającego niższa częstość wyższa częstość Chandrasekhara Venkata Raman 6

Jednakże światło może się rozpraszać także w inny sposób rozpraszanie Ramana wyższa częstość In W świetle rozproszonym znalazłem częstości inne od częstości światła padającego niższa częstość mierząc różnicę energii między światłem padającym a rozproszonym otrzymujemy informacje o drganiach cząsteczek. Chandrasekhara Venkata Raman 7

Widmo oscylacyjne Zręby atomowe w molekule wykonują oscylacje wokół położenia równowagi. Ruch ten można rozłożyć na 3n-6 w przypadku molekuł nieliniowych oraz 3n-5 w przypadku molekuł liniowych, stopni swobody Model oscylatora harmonicznego Oscylacje można rozpatrywać wykorzystując modele mechaniczne, posługując się prawami mechaniki klasycznej i dodając kwantowanie energii. Drgania atomów w cząsteczce można rozpatrywać na modelu oscylatora harmonicznego, w którym rolę sprężyny pełnią elektrony tworzące wiązania chemiczne. Prawo Hooke a: siła F jest proporcjonalna do wychylenia oscylatora ze stanu równowagi, wychylenie definiujemy jako: q = r-r e

W czasie drgania wychylenie q zmienia się periodycznie q=qcos2 t gdzie: jest częstością drgania oscylatora, a Q jest amplitudą wychylenia. Oscylator harmoniczny to taki oscylator, który spełnia prawo Hooke a. Wynika z tego, że: F = -fq czyli, że siła jest proporcjonalna do wychylenia. Współczynnik proporcjonalności f nazywamy stałą siłową. Stała siłowa jest wielkością charakteryzującą sprężystość sprężyny i jest równa sile przypadającej na jednostkę wychylenia [N/m].

Energia oscylatora Ruch drgający opisuje równanie Lagrange a: d dt dt dq + du dq = 0 po podstawieniu: otrzymujemy: du dq = fq T = 1 2 m redq 2 ν = 1 2π f [Hz] ν = 1 m red 2πc f m red [cm 1 ] m red = m 1 m 2 m 1 + m 2 [kg]

ν = 1 2πc f m red [cm 1 ] Częstość drgań układu jest tym większa i im większa jest stała siłowa f, np. kiedy wiązanie między dwoma atomami jest silniejsze. Z drugiej strony częstość drgań maleje wraz ze wzrostem masy zredukowanej mred. Częstości wibracyjne drgań podstawowych są rzędu 10 13 s -1, czyli 10 THz.

POMOC CHEMIA KWANTOWA-WYKŁAD 1 i 2

Energia oscylacji molekuł Energia oscylacji zrębów atomowych w molekule jest skwantowana E osc = hν υ + 1 2 E osc = h 2π f m red υ + 1 2 dla kwantowa liczba oscylacji υ = 0 stała siłowa kwantowa liczba oscylacji E osc = 1 2 hν nawet w temperaturze 0 K oscylacje zrębów atomowych NIE USTAJĄ! Energia poziomu zerowego E osc. = ħ f m red

Drgania molekuł drgania, które nie powodują przemieszczenia środka masy molekuły ani jej obrotu Drgania normalne: jednoczesny ruch wszystkich zrębów atomowych molekuły odbywający się z jednakową częstością i zgodnie w fazie Rozciągające symetryczne Rozciągające asymetryczne Nożycowe (zginające) Wahadłowe Wachlarzowe Skręcające rodzaje drgań normalnych

Rozpraszanie promieniowania Czy promieniowanie elektromagnetyczne, w którym nie ma fotonów pasujących do odstępów między poziomami energetycznymi w ogóle nie oddziałuje z molekułami? Molekuła jest zbiorem ładunków elektrycznych dodatnich i ujemnych. Składowa elektryczna promieniowania elektromagnetycznego musi z nimi oddziaływać. Indukuje ona w molekule moment dipolowy proporcjonalny do natężenia E składowej elektrycznej pola, przy czym współczynnikiem proporcjonalności jest polaryzowalność molekuły. μ ind = αe (1) E = E 0 cos2πν 0 t (2)

μ ind = αe 0 cos2πν 0 t (3) I~M 2 4 ind ν 0 (4) Opisane zjawisko nazywamy rozpraszaniem promieniowania Ilustracja rozpraszania

Spektroskopia RAMANA Teoria polaryzowalności Placzka μ ind = αe 0 cos2πν 0 t (1) polaryzowalność: potencjalna zdolność przemieszczania się elektronów względem jąder w polu elektrycznym α = f(q) (2) α q = α q=0 + 1 1! dα dq q=0 q + 1 2! d 2 α dq 2 q=0 q 2 + (3) q = Qcos2πνt (4)

α q = α 0 + dα dq 0 Qcos2πνt (5) polaryzowalność zmienia się z częstością drgania normalnego, ale tylko wtedy gdy pochodna polaryzowalności po współrzędnej drgania nie jest równa zero ostatecznie można pokazać, że: μ ind = α 0 E 0 cos2πν 0 t + 1 2 dα dq 0 QE 0 cos2π ν 0 ν t + 1 2 dα dq 0 QE 0 cos2π ν 0 + ν t (6) rozpraszanie Rayleigha rozpraszanie Ramana skladowa stokesowska rozpraszanie Ramana skladowa antystokesowska

TEST 2