МИКРОВОЛНОВАЯ (ВРАЩАТЕЛЬНАЯ) СПЕКТРОСКОПИЯ Методы молекулярной спектроскопии. Микроволновая спектроскопия 1 В микроволновом диапазоне ~10 – 40 ГГц возбуждаются вращательные переходы молекул. Линейные молекулы имеют 2 степени свободы вращательного движения. B A B A Нелинейные молекулы имеют 3 степени свободы вращательного движения. B C A B C A B C A Методы молекулярной спектроскопии. Микроволновая спектроскопия 2 Теория вращательных спектров r mA A Энергия вращательного движения в классической механике: B центр тяжести масс Eвращ. – энергия вращательного движения, I – момент инерции, ω – угловая скорость, m – массы атомов, r – межатомное расстояние, J – вращательное квантовое число. mB Энергия вращательных уровней в квантовой механике: Правило отбора: разрешены переходы только между соседними уровнями! Методы молекулярной спектроскопии. Микроволновая спектроскопия 3 Частота поглощения вращательных переходов: J=3 J=2 J=1 J=0 Вращательный спектр представляет собой набор эквидистантных линий, частоты которых различаются на величину h/42I. Условие наблюдение полос в вращательных спектрах – изменение стационарного дипольного момента () молекулы при вращательном переходе. Симметричные не имеющие дипольного момента молекулы H2, N2, CH4, CCl4 не дают вращательных спектров. Методы молекулярной спектроскопии. Микроволновая спектроскопия 4 Вращательный спектр оксида углерода СО 5 Методы молекулярной спектроскопии. Микроволновая спектроскопия Техника эксперимента в микроволновой спектроскопии Регистрируют спектры молекул только в газообразном состоянии при давлении 0.1-10 Па. Блок-схема микроволнового спектрометра электрод Штарка поглощающая ячейка (длина 3-5 м) с нагревателем генератор СВЧ волновод ~5-10 м клистрон система ввода образца и вакуумирования ячейки детектор Генератор СВЧ – клистрон – электронный прибор, создающий монохроматическую линейно поляризованную электромагнитную волну. Электрод Штарка служит для экспериментов по определению дипольных моментов молекул. Детектор – полупроводниковые кристаллы кремния или германия, точность измерения 10 КГц (~10-6). Методы молекулярной спектроскопии. Микроволновая спектроскопия 6 Применение микроволновой вращательной спектроскопии 1. Идентификация веществ по вращательным спектрам: даже по одной полосе в смеси соединений! 2. Анализ молекул, содержащих изотопные атомы (H35Cl и H37Cl) 3. Определение геометрических параметров молекул: длин и углов связей. 4. Расчет электрических дипольных моментов молекул методом Штарка. Методы молекулярной спектроскопии. Микроволновая спектроскопия 7 Рекомендуемая литература 1. Беккер Ю. Спектроскопия. Москва: Техносфера, 2009. 2. Шмидт В. Оптическая спектроскопия для химиков и биологов. Москва: Техносфера, 2007. 3. Пентин Ю.А., Вилков Л.В. Физические методы исследования в химии. Москва: Мир, 2003. Методы молекулярной спектроскопии. Микроволновая спектроскопия 8