منو
 کاربر Online
942 کاربر online

طیف سنجی مادون قرمز

تازه کردن چاپ
علوم طبیعت > فیزیک > فیزیک نوین > فیزیک اتمی
(cached)




تصویر
نوعی طیف سنج مادون قرمز

دید کلی

تقریبا تمامی ترکیباتی که پیوند کوالانسی دارند، اعم از آلی یا معدنی ، فرکانسهای متفاوتی از اشعه الکترومغناطیسی را در ناحیه مادون قرمز طیف ، جذب می‌کنند. ناحیه مادون قرمز طیف الکترومغناطیسی ، دارای طول موجی بلندتر از طول موج نور مرئی (با طول موج تقریبی nm 800 - 400) و کوتاهتر از طول موج مایکروویو (باطول موج بلندتر از 1mm) است.

در شیمی ، ما فقط به بخش ارتعاشی ناحیه مادون قرمز علاقمندیم. این بخش ، طول موجی بین 2.5 μ را شامل می‌شود.

فرآیند جذب مادون قرمز

مانند انواع دیگر جذب انرژی ، موقعی که مولکولها ، اشعه مادون قرمز را جذب می‌کنند، به حالت انرژی بالاتر برانگیخته می‌گردند. جذب تابش مادون قرمز مانند هر فرآیند جذب دیگر ، یک فرآیند کوانتایی است، بدین صورت که فقط فرکانسهایی مشخص از تابش مادون قرمز توسط مولکول جذب می‌گردد. جذب تابش مادون قرمز با تغییر انرژی بین (KJ/mol (8-40 همراه است.

تابشی که دارای چنین انرژی باشد، فرکانسهای ارتعاشی کششی و خمشی پیوندهای کوالانسی اکثر مولکولها را شامل می‌گردند. در فرآیند جذب ، فرکانسهایی از اشعه مادون قرمز که با فرکانسهای ارتعاشی طبیعی مولکول مورد نظر تطبیق کند، جذب خواهد شد و انرژی جذب شده برای افزایش دامنه حرکت ارتعاشی اتصال موجود در مولکول بکار گرفته می‌شود. باید توجه داشت که تمامی پیوندهای موجود در مولکول ، قادر به جذب انرژی مادون قرمز نیستند، حتی اگر فرکانس اشعه ، کاملا با فرکانس حرکت تطبیق کند.

فقط آن پیوندهایی که دارای گشتاور دو قطبی هستند، قادر به جذب انرژی مادون قرمز خواهند بود. پیوندهای متقارن ، مثلا پیوند موجود در H2 و Cl2 ، اشعه مادون قرمز را جذب نمی‌کنند. یک پیوند باید خصلت یک دوقطبی الکتریکی را از خود بروز دهد که این دوقطبی با همان فرکانس اشعه ورودی متغیر است تا انتقال انرژی صورت پذیرد. بنابراین پیوندهای متقارن در مادون قرمز جذب نمی‌دهد.

اکثر پیوندهایی که چنین پدیده‌ای را دارند، پیوندهای موجود در آلکنهای متقارن و در آلکینهای متقارن هستند.

موارد استفاده از طیف مادون قرمز

چون هر پیوند ، دارای فرکانس ارتعاش طبیعی خاصی است و نیز چون یک پیوند بخصوص در دو مولکول مختلف در دو محیط متفاوت قرار دارند، بنابراین ، هیچگاه دو مولکول با ساختمانهای متفاوت جذب مادون قرمز یا به عبارت بهتر طیف مادون قرمز مشابهی نمی‌دهند. اگر چه ممکن است که بعضی از فرکانسهای جذب شده در دو مولکول مشابه باشند، اما هیچگاه دو مولکول مختلف ، طیف مادون قرمز کاملا یکسانی را نخواهند داشت. بنابراین طیف قرمز را می‌توان مانند اثر انگشت در انسان برای شناسایی مولکولها بکار گرفت.

با مقایسه طیف مادون قرمز دو ماده که تصور می‌رود مشابه باشند، می‌توان پی برد که آیا واقعا آنها یکی هستند یا نه. اگر تمام جذبها در طیف دو مولکول بر یکدیگر منطبق شوند، آن وقت به احتمال قریب به یقین دو ماده یکسان هستند. کاربرد دوم طیف مادون قرمز که مهمتر از اولی است، این است که طیف مزبور ، اطلاعاتی راجع به ساختمان یک مولکول می‌دهد. جذبهای مربوط به هر پیوند (C≡N و C─C و C=O و C─X و O─H و N─H و ...) در بخش کوچکی از ناحیه ارتعاشی مادون قرمز یافت می‌شوند.

بعنوان مثال ، هر جذبی که در ناحیه 3000 ± 150() قرار داشته باشد، تقریبا همیشه نشان دهنده وجود اتصال (C─H) در هر مولکول است. نواحی کوچکی که در مادون قرمز ارتعاشی توسط انواع مختلف پیوندها اشغال می‌شوند. نواحی کوچکی که در مادون قرمز ارتعاشی توسط انواع مختلف پیوندها اشغال می‌شوند، در جدول زیر نشان داده شده اند:


طول موج (μm)
15.46.56.15.5542.5
C─ClC=NC=Oتعداد بسیار اندکی نوار C≡CC─H,O─H
C─O
C─N C≡N
C─CC=C N=C=N,O,C,S
650155016501800200025004000
فرکانس ()

حرکات ارتعاشی و خمشی

ساده ترین انواع حرکات ارتعاشی ، در مولکول که در نایحه مادون قرمز فعال بودهع به عبارتی موجب ایجاد جذب می گردد، حرکات کششی و خمشی هستند. انواع پچیده‌تر دیگری از حرکات کششی و خمشی نیز وجود دارند که در طیف مادون قرمز فعال هستند. معمولا ارتعاشات کششی نامتقارن دارای فرکانسهای بالاتر (طول موجهای پایینتر) از ارتعاشات کششی متقارن هستند و نیز ارتعاشات کششی بطور کلی در فرکانسهای بالاتری نسبت به ارتعاشات خمشی واقع می‌شوند.

هر گروهی که شامل سه اتم یا بیشتر است و حداقل دو اتم در آن گروه یکسان باشند، دو حرکت کششی را ایجاد خواهند کرد: حرکات متقارن و حرکات نامتقارن. مثالهایی در این مورد: ، ، ، و ایندریدها هستند. گروه متیل ، ارتعاش کششی متقارن خود را در حدود 2872 و کشش نامتقارن را در 2962 می‌دهد. در ایندرید بخاطر حرکت کششی متقارن و نامتقارن ، این گروه دو جذب در ناحیه می‌دهد.

پدیده مشابهی برای گروه آمین دیده می‌شود، بطوری که یک آمین نوع اول معمولا دو جذب در ناحیه کششی داشته ، در حالی که یک آمین نوع دوم () فقط یک قله یا جذب می‌دهد. آمیدها نیز جذبهای مشابهی را از خود نشان می‌دهند. گروه نیترو دو جذب کششی قوی N≡O می‌دهد. کششی متقارن آن در حدود 1350 و کششی نامتقارن آن در 1550 ظاهر می‌گردد.


تصویر
نوعی طیف سنج مادون قرمز

خصوصیات پیوندها و طرز محاسبه فرکانس جذب آنها

حال ما چگونگی تاثیر قدرت پیوند و نیز اجرام اتمهای متصل را بر فرکانس جذب مادون قرمز بررسی می‌کنیم. برای سهولت ، ما بحث را به یک مولکول دو اتمی با دو اتم متفاوت و ارتعاشات کششی آن محدود می‌سازیم. یک مولکول دو اتمی را می‌توان بصورت دو جرم ارتعاش کننده که بوسیله یک فنر بهم متصلند، در نظر گرفت. طول پیوند مرتبا در حال تغییر است، ولی می‌توان یک تعادل یا طول پیوند میانگین را برای آن در نظر گرفت.

هرگاه فنر کشیده یا فشرده شود، بطوری که از این طول میانگین تجاوز کند، انرژی پتانسیل سیستم افزایش می‌یابد، همانند یک نوسانگر هارمونیک بوسیله ثابت نیروی (K) فنر یا سختی آن و اجرام ( و ) دو اتم متصل تعیین می‌گردد. فرکانس طبیعی ارتعاشی از قانون هوک در مورد فنرهای ارتعاش کننده مشتق شده است.

تاثیر نوع پیوند

هر چه پیوند مستحکمتر باشد، ثابت نیروی k بزرگتر بوده و در فرکانس بالاتری نسبت به پیوندهای ضعیف قرار می‌گیرد. در ضمن ، پیوند بین اتمهای با اجرام سنگین (μ بزرگتر) و در فرکانس پایینتری نسبت به پیوند بین اتمهای با اجرام سبک ارتعاش می‌کنند. بطور کلی ، پیوندهای سه گانه قویتر از پیوندهای دو گانه یا ساده بوده و دارای فرکانس ارتعاشی بالاتر هستند.


C≡C > C═C > C─C

تاثیر جرم اتمها

هر قدر جرم اتمهای متصل به کربن فزونی یابد، کمیت μ افزایش یافته و فرکانس ارتعاشی کاهش می یابد.


C─H > C─C > C─O > C─Cl > C─Br > C─I

تاثیر هیبریداسیون

نوع هیبریداسیون نیز بر ثابت نیرو تاثیر می‌گذارد، بطوری که قدرت پیوندها به ترتیب <<خواهد بود و فرکانسهای ارتعاشی CH آنها بصورت زیر تغییر می‌کند:


≡C─H > ═ C─H > ─C─H

تاثیر نوع حرکت

حرکت خمشی راحت تر از حرکت کششی صورت می‌پذیرد و ثابت نیروی K برای آن کوچکتر است.


CH خمشیCH کششی
1340cm3000cm

تاثیر رزونانس

رزونانس نیز بر روی قدرت و طول پیوند و طبیعتا بر روی ثابت نیرو (K) تاثیر می‌گذارد. یک کتون معمولی دارای ارتعاش کششی C═O در ناحیه 1715 است، در حالی که کتون مزدوج با یک پیوند دو گانه در فرکانس پایینتری نزدیک 1675-1630.

مباحث مرتبط با عنوان


تعداد بازدید ها: 59113


ارسال توضیح جدید
الزامی
big grin confused جالب cry eek evil فریاد اخم خبر lol عصبانی mr green خنثی سوال razz redface rolleyes غمگین smile surprised twisted چشمک arrow



از پیوند [http://www.foo.com] یا [http://www.foo.com|شرح] برای پیوندها.
برچسب های HTML در داخل توضیحات مجاز نیستند و تمام نوشته ها ی بین علامت های > و < حذف خواهند شد..