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
Môn phương pháp phân tích dụng cụ Đề tài :Cơ sở lý thuyết phổ hông ngoại Thành viên nhóm: Nguyễn Văn Tiệp (C) Lê Văn Thọ Dương Anh Tuấn Mở Đầu Ngày phương pháp vật lý, đặc biệt phương pháp phổ sử dụng rộng rãi để nghiên cứu hợp chất hóa học trình phản ứng hóa học Những phương pháp đặc biệt có ý nghĩa việc xác định hợp chất hữu Cơ sở phương pháp phổ trình tương tác xạ điện từ phân tử vật chất Khi tương tác với xạ điện từ, phân tử có cấu trúc khác hấp thụ phát xạ lượng khác Kết hấp thụ phát xạ lượng phổ, từ phổ xác định ngược lại cấu trúc phân tử phương pháp phân tích phổ phương pháp phân tích phổ hồng ngoại Nội dung I Điều kiện xảy II Luận điểm III Ứng dụng IV Kết luận I.Điều kiện xảy 1.1 Độ dài xác xa Khi hấp thụ xa hồng ngoại tần số dao động tự nhiên phân tử với tần số xạ tới Vd: Tần số dao dộng tự nhiên HCl 8,7.1013s-1 Thực nghiệm cho thấy cho xạ hồng ngoại chiếu qua mẫu HCl người ta nhận thấy xạ có tần số 8×1013s-1 bị hấp thụ tần số khác truyền qua Điều kiện áp dụng cho phân tử thực chuyển dao động điều hòa 1.2 Lưỡng cực điện Một phân tử hấp thụ xạ hồng ngoại có hấp thụ gây nên biến thiên momen lưỡng cực chúng Một phân tử lưỡng cực có điện tích (+) điện tích (-) rõ rệt II Luận điểm 2.1 Dao động quay phân tử quang phổ quay Các phân tử bị chiếu xạ điện từ có bước sóng vùng hồng ngoại xa từ 200-10cm-1 quay quanh trục cân Phương trình lượng quay J: số lượng tử quay I =Mr2 : Momen quán tính R : Là khoảng cách nguyên tử M = khối lượng rút gọn Chia vế phương trình cho h*c ta ta có F(J)=BJ(J+1) Hằng số B đặc trưng cho môi phân tử Để thu phổ quay phân tử người ta dùng xạ hồng ngoại xa xạ vi sóng phổ quay phân tử việc nhận dạng chất xác định khoảng cách nguyên tử ,góc liên kết Ví dụ Từ liệu phổ quay người ta thu giá trị khoảng cách 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 lắc nghĩa vật thể chuyển động quanh vị trí cân vê phía với biên độ không đổi Lực đàn hồi F = - k.x K số lực phụ thuộc độ bền liên kết nguyên tử X độ lệch phụ thuộc thời gian Tần số biểu diễn V= M khối lượng rút gọn Năng lượng dao động biểu diễn Ed=h.v.(n+) N 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 nguyên tử phân tử dao động điều hòa biên độ dao đông thay đổi Khi tăng khoảng cách nguyên tử đến giới hạn chúng bị phân ly ép nguyên tử lại gần xuất lực đẩy lực đẩy tăng lên nguyên tử gần Càng lên cao vạch lượng gần lại nhau.Khi bị kích thíc lượng phân tử trạng thái nhảy sang mức lượng cao Ví dụ: Mức lượng phân tử dao động Ví dụ: Dải vạch phổ phân tử HCl Mức dao động V cm1 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 ánh sáng phân tử xảy trình quay dao động đồng thời.kết vạch phổ dao động tập hợp nhiều vạch nhỏ có tần số tổng tần số dao động tần số quay V=Vdd +Vqy Năng lượng ứng với trạng thái tổng lượng quay Eqvà lượng dao động Ed Eqd =Eq +Ed 2.5 Dao động riêng phân tử Các phân tử có từ nguyên tử trở lên dao động kéo dãn nén dọc có dao động làm thay đổi góc liên kết thường dễ dàng thay đổi độ dài lien kết nên lượng thường nhỏ Ta phân chia dao động phức tạp thành dao động đơn giản gọi dao động hay dao động chuẩn,chúng có N nguyên tử có 3N-6 dao động chuẩn ,các dao động không suy biến có tần số khác Số dao động 3N-5 với phân tử thẳng 3N-6 với phân tử không thẳng Điều kiện phải cung cấp lượng tương ứng lương có mức lượng gọi dao động thoái biến 2.5.1 Dao động hóa trị Là dao động làm thay đổi chiều dài liên kết nguyên tử phân tử không làm thay đổi góc liên kết 2.5.2 Dao động biến dạng Là dao động làm thay đổi góc liên kết không làm thay đổi chiêu dài liên kết nguyên tử phân tử 2.5.3 Dao động đối xứng bất đối xứng Xét phân tử nước có nguyên tử nguyên tố Dao động hóa trị đối xứng liên kết OH kéo nén đồng thời.còn dao động bất đối xứng liên kết OH bên OH dãn bên OH nén lại dao động biến dạng OH góc hóa trị bị thay đổi lúc to lúc nhỏ Như vây H2O phân tử không thẳng có dao động dao động hóa trị đối xứng bất đối xúng dao động biến dạng Trên phổ hồng ngoại có vạch hấp thụ gần 3756 cm-1 va 3652cm -1 ứng với dao động hóa trị đối xứng bất đối xứng,1 vạch hấp thụ 1596 cm-1 ứng với dao động biến dạng liên kết OH 2.6 Dao động nhóm tần số đặc trưng Cho vài dao động lien kết riêng rẽ nhóm chức độc lập với dao động khác toàn phân tử ,dao động xuất khoảng tần số hẹp đặc trưng phổ tất chất chứa nhóm chức Những nhóm nguyên tử giống phân tử có cấu trúc khác có giao động định vị thể khoảng tần số giống gọi tần số đặc trưng Ví dụ: Các nhóm C-H , O-H, N-H….Trong nhóm nguyên tủ phân tử số lực liên kết khối lượng khác biệt so với phần khác phân tử Tần số dao động đặ trung nhóm chức phụ thuộc vào số lực liên kêt ,khối lượng nguyên tử trạng thái phân tử VD : Tần số số nhóm Nhóm V cm1 OH 1600 3000 1100900 600 CH CC CBr III ứng dụng Sau nghiên cứu lý thuyết phổ hồng ngoại dùng để nhận biết chất ,xác đinh đọ tinh khiết chất ,phân tích định lượng định tính IV: Kết luận Sau nghiên cứu sở phương pháp phổ hông ngoại ta thấy rõ chất phương pháp ghi lại tân số sóng hấp thụ thông qua loại dao động Từ đọc ,đánh giá cung cấp thông tin cấu trúc phân tử nhanh, không đòi hỏi phương pháp tính toán phức tạp kỹ thuật dựa hiệu ứng đơn giản hợp chất hóa học có khả hấp phụ chọn lọc xạ hồng ngoại ,sau hấp thụ xạ hồng ngoại phân tử hơp chất hóa học giao động với nhiều vận tốc giao động xuất dải phổ hấp thụ gọi phổ hấp thụ xạ hồng ngoại Cám ơn người ý theo dõi [...]... 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... 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 ... 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... 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... 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... 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...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... 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