Faktorer som påvirker IR Absorpsjon Frekvenser

Atomer er som to-åringer: alltid i bevegelse. I motsetning til to-åringer, men atomene er vanligvis bundet til andre atomer. Dette begrenser retning, omfang og hvordan atomene kan bevege seg. Infrarød (IR) spektroskopi bruker disse atom bevegelsene til identitets stoffer. Ved å utsette en gitt substans til bestemte infrarøde frekvenser, kan forskere bestemme de frekvenser ved hvilke stoffet absorberer mer eller mindre infrarød energi. Disse frekvenser som svarer til de bevegelser av de bundne atomer i stoffet og den spesifikke arrangement av disse atomer.

Vibrasjons Frihet og Absorption

Molekyler absorberer mengder energi som svarer til vibrasjon bevegelser av atomene de inneholder. Den vibrasjonsbevegelse av et molekyl, eller dets vibrasjonsfrihet, blir beregnet ved hjelp av formelen 3n - 6, hvor n representerer antall atomer i molekylet. For eksempel, et molekyl av formaldehyd, CH2O, etter å ha et karbonatom dobbeltbundet til et oksygenatom og enkeltbundet til to hydrogenatomer, alt i vinkler på 120 grader, har en vibrasjonsfrihet seks: (3-x 4) - 6 = 6. de seks måter som et molekyl av CH2O kan vibrere bestemme frekvensene av infrarød energi som molekylet vil absorbere og dermed den infrarøde spektrum det vil produsere. I motsetning til formaldehyd, et molekyl som for eksempel CO2, med alle sine atomer i en linje, vil ha bare 3n - 5 grader av vibrasjons-frihet.

stretching

Stretching refererer til forkorting og strekking av bindinger mellom to atomer. Denne strekking kan være symmetrisk eller asymmetrisk. For eksempel kan de to karbon-hydrogenbindinger formaldehyd symmetrisk forkorte og forlenge i samme retning samtidig, eller en karbon-hydrogenbinding kan asymmetrisk forkorte mens de andre forlenger og deretter senere forlenge mens de øvrige forkorter. Symmetrisk CH2 strekker absorberer infrarød energi ved 2785 cm ^ -1 i det infrarøde spektrum; asymmetrisk CH2 strekker absorberer infrarød energi ved 2850 cm ^ -1 i spekteret. Symmetrisk strekking av karbon-oksygen dobbeltbinding frembringer en sterk absorpsjon ved 1750 cm signatur ^ -1. Jo høyere energinivå av karbon-oksygen-absorpsjon stammer fra den større styrke av det karbon-oksygen dobbeltbinding og fra endringer i den dipolmoment, eller konsentrasjonen av elektrisk ladning, mellom de to atomer. Trippel-bundete atomer slik som nitriler (CN), i sin tur, fremstille høyere infrarød energiabsorpsjon enn dobbelt-bundne atomer.

Rocking og logrende

Rocking og logrende representerer samtidige planar vibrasjoner av to limt molekyler uten endringer i obligasjons lengder av disse molekylene. CH2 av formaldehyd kan gjennomgå disse typer vibrasjon i tillegg. Stå opp og hold armene fra hverandre i en 90-graders vinkel. Kroppen din er karbonatomet og hver av yours hender er et hydrogenatom. Nå rotere overkroppen frem og tilbake mens du holder armene rett. Dine hender, hydrogen, vil svinge frem og tilbake i rommet og samtidig opprettholde den samme romlige separasjon. Dette er rock. Nå holder armene i samme vinkel, men bevege armene opp og ned på samme tid. Dette er vibrasjonsbevegelse forskere kaller logrende. Formaldehyd viser CH2 gynge infrarød absorpsjon ved 1250 cm ^ 1; det viser en lavere energi CH2 logrende ved 1165 cm ^ -1. Logrende og gynge vibrasjoner representerer lavere energinivå enn strekke vibrasjoner fordi det tar mer energi å komprimere eller strekke en obligasjon enn å bøye den.

klipping

Den siste typen vibrasjonsbevegelse demonstrert av limt atomer er klipping. Som en saks, beskriver denne planar bevegelse to limt atomer beveger seg mot hverandre og deretter bort uten å endre lengden på sine obligasjoner akkurat som tips av en saks som du åpner og lukker saksen. Den klipping virbrational bevegelse av CH2 i formaldehyd er høyere i energi enn logrende og rocka, men lavere i energi enn strekk. Den gir et forholdsvis lavt nivå av absorpsjon ved 1485 cm ^ -1.

Generelle Trender

Forbindelser hvori en enkelt hydrogen er bundet til et oksygen, nitrogen eller karbon absorberer energi ved høyere infrarøde frekvenser, som produserer absorpsjon signaturer på venstre side av spekteret. Disse obligasjonene er høy i energi fordi de lette hydrogen strekninger, eller vibrerer, veldig raskt i obligasjons, på samme måte som en padle ball på en gummi streng gjaller raskt mot padle hvis du holder åren riktig. Neste i rekkefølge av energi og nær sentrum av spekteret, er dobbel- og trippel-bundete atomer av karbon, oksygen og nitrogen. Lavere energi, og nærmere til den høyre side av spektret, i det som kalles den fingeravtrykk-regionen, er enkelt-bundet karbon-karbon, karbon-oksygen og karbon-nitrogenatomer.