FTIR-Spektroskopie

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Aufgabe

  • Aufnahme und Auswertung eines Rotationsschwingungsspektrums von H35Cl – Untersuchung der Rotations- und Schwingungseigenschaften sowie deren Kopplung.
  • Berechnung der Rotations- und Schwingungseigenschaften für die Isotope H37Cl, D35Cl und D37Cl.

Theorie

Normalschwingung

Normalschwingungen sind bestimmte Bewegungen von Atomen bzw. Atomgruppen im Molekül. Sie werden als voneinander unabhängig betrachtet in dem Sinne, dass eine Schwingung selbst keine andere Normalschwingung im Molekül anregt. [a]

Jedes Atom im Molekül kann Bewegungen in allen 3 Raumrichtungen durchführen. Ein System von N Massenpunkten hat also 3N Freiheitsgrade. Jedoch führen 3 Bewegungen in der gleichen Richtung bei gleichzeitiger Verschiebung des Schwerpunktes nicht zu einer IR aktiven Schwingung. Drei andere Bewegungen führen nur zu einer Rotation um den Schwerpunkt des Moleküls. Bei linearen, zweiatomigen Moleküle (wie z.B. NO) ist die Zahl der Freiheitsgrade 3N-5 = 1. NO Es gibt hier 3 Freiheitsgrade der Translation und 2 Freiheitsgrade der Rotation, die nicht IR aktiv sind. Es ist nur eine Schwingung der beiden Atome mit einer Veränderung der Bindungslänge möglich. [a]

Bei mehratomigen Molekülen ist die Zahl der Freiheitsgrade größer. Jedes Atom im
Molekül kann in allen 3 Raumrichtungen schwingen. Bei 3-atomigen Molekülen wird zwischen linearen und gewinkelten Molekülen unterschieden. Bei linearen Molekülen (wie CO2) beträgt die Zahl der Schwingungsfreiheitsgrade 3N-5 = 4 und für nicht-lineare Moleküle (wie Wasser H2O) 3N-6 = 3. Sowohl CO2 als auch H2O haben 3 Translationsfreiheitsgrade. [a]

Wasser hat 3 Rotationsfreiheitsgrade, aber das lineare CO2 hat nur zwei davon, weil es keine Rotation um die Molekülachse gibt. Ein 3-atomiges, gewinkeltes Molekül wie H2O erzeugt 3 Normalschwingungen, eine symmetrische Valenzschwingung, eine asymmetrische Valenzschwingung und eine Deformationsschwingung (Beugeschwingung mit Winkelveränderung). [a]

Ein großes Molekül zeigt viele Schwingungen, die das ganze Molekül betreffen. Einige dieser Schwingungen können individuellen Bindungen oder funktionellen Gruppen zugeordnet werden. Lokalisierte Schwingungen können auch Streck-, Beuge-, Scheren-, Schaukel-, Torsions- oder Nickschwingungen sein. [a]

Versuchsaufbau und -durchführung

Einzelnachweise

[a] Ansyco GmbH, Theorie der FT-IR Spektroskopie, 2009.