Phương pháp tổng hợp và nghiên cứu cấu trúc Phức chất: Phần 2

Nối tiếp nội dung của phần 1 Tài liệu Phức chất - Phương pháp tổng hợp và nghiên cứu cấu trúc, phần 2 cung cấp cho người đọc các kiến thức: Phương pháp phổ dao động, phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân, phương pháp phổ thông khối lượng. Mời các bạn cùng tham khảo.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Phương pháp tổng hợp và nghiên cứu cấu trúc Phức chất: Phần 2 Chương 5 PHƯƠNG PHÁP PHỔ DAO ĐỘNG 5.1. DAO ĐỘNG CỦA PHÂN TỬ VÀ s ự HẤP THỤ Bức XẠ HỔNG NGOẠI 5.1.1. Dao động củ a p h â n tử hai nguyên tử Các nguyên tử trong phân tử luôn ở trạng thái dao động không ngừng. Kết quả tính toán theo mô hình cơ học (hình 5 .la) cho thấy: tần số dao động, vdJ, của hai nguyên tử liên kết với nhau phụ thuộc vào lực liên kết giữa chúng và vào khối lượng của chúng theo biểu thức: (5.1) Ở đây k là hằng s ố lực hoá trị (thường gọi là hằng số lực) đặc trưng cho bản chất mối liên kết giữa hai nguyên tử. Liên kết càng bền vững (năng lượng liên kết càng lớn) thì k càng lớn, chẳng hạn: |i là khối lượng rút gọn, bằng tích khối lượng hai nguyên tử liên kết chia cho tổng khối lượng của chúng: (5.2) Biểu thức (5.2) cho thấy: khối lượng rút gọn |i càng lớn khi khối lượng các nguyên tử tham gia liên kết càng lớn. Như vậy, nói một cách gần đúng, tần số dao động tỉ lệ thuận với độ bển của liên kết và tỉ lệ nghịch với khối lượng rút gọn tức cũng tỉ lệ nghịch với khối lượng của các nguyên tử tham gia liên kết. ở mỗi trạng thái dao động, khoảng cách r giữa hai nguyên tử thay đổi xung quanh giá trị cân bằng rQtừ một giá trị cực đại rmax đến một giá trị cực tiểu rmin. Nếu khi hai nguyên tử lại gần nhau (r < r0) hoặc ra xa nhau (r > r0) mà thế năng của hệ đều tăng như nhau thì dao động gọi là điều hoà. Đường cong thế năng của dao động điều hoà là một parabon có trục đối xứng là đường thẳng đi qua điểm r„ ứng với cực tiểu của thế nãng (đường nét đứt trên hình 5 . 1b). 233 Theo cơ học lượng tử, đối với dao động điều hoà, nãng lượng toàn phần Ejj chi có thể nhận một dãy giá trị gián đoạn phù hợp với biểu thức ( 5 . 3 ): Edj = hv,dj 1 (5.3) V jj là tần số riêng của dao động (xem biểu thức 5.1); V là số lượng tử dao động, V = 0, 1,2, 3,...; h là hằng sô Plank. Biến thiên nâng lượng khi chuyển từ một trạng thái dao động này lên trạng thái dao động khác ngay trên nó phải tuân theo biểu thức (5.4): AE.m = E v+1 - Ev = hv,dđ (5.4) Vì AE = hv, suy ra V = vdJ. Như vậy, để chuyển từ trạng thái dao động ứng với V lên trạng thái dao động ứng với V + 1 phân từ s ẽ hấp thụ bức xạ có tần s ố V dítng bằng tắn s ố dao động riêng, vdJ, của nó. 1 ! ! m 2 I ■ Ar a) 2 3 c) b) Hình 5.1: a- Mô hình cơ học phân tử hai nguyên tử (2 quả cầu gắn kết bởi 1 lò xo); b- Đường cong thế nãng và những mức năng lượng dao động không điều hoà (đường nét liền) và đường cong thế năng của dao động điều hoà (đường nét đứt); c- Cấu tạo dãy cơ bản ờ phổ dao động của phân tử hai nguyên tử; E d - năng lượng phân li liên kết. Trong thực tế, dao động của phân tử không phải là dao động điều hoà. Khi hai hạt nhân lại gần nhau, lực tương tác giữa chúng tăng nhanh hơn so với khi chúng rời xa nhau. Do đó, đường biểu diễn thế năng theo khoảng cách r sẽ không đối xứng mà có dạng giống đường cong tính theo phương pháp H etlơ-L ơnđơn đối với phàn tử hiđro (đường nét liền trên hình 5.1b). Sự chuyển từ mức dao động thấp nhất (ứng với V = 0) lên mức dao đ ộ n g ứng với V = 1 g ọ i là chuyển mức c ơ bản. Nó c ó xác suất lớn 234 nhất nên có cường độ lớn nhất (v, ở hình 5.1c). Chuyển từ mức v„ lên v2, v3... có tần số lớn hơn (v 2 v 37..) nhưng có cường độ nhỏ hơn nhiều. Tất cả họp thành một dãy cơ bản (hình 5.1c). Như vậy nguyên nhân phát sinh các vân phổ hồng ngoại chính là do sự chuyển mức dao động của phân tử dưới tác dụng của bức xạ hồng ngoại. Vì thế, phổ hấp thụ hồng n g o ại cò n được g ọ i là phô dao động. Nghiên cứu lí thuyết cho thấy cường độ hấp thụ hồng ngoại liên quan trực tiếp đến biến thiên momen lưỡng cực theo khoảng cách giữa 2 nguyên tử tham gia dao động d|a / dr. Đối với các phân tử hoàn toàn đối xứng như H2, 0 2, N2,... dao động của 2 nguyên tử trong phân tử không gây ra sự biến đổi về momen lưỡng cực, tức là d|i/dr = 0. Vì thế cường độ hấp thụ cũng bằng không. Nói một cách khác, dao động của các phân tử trên không thể hiện trên phổ hồng ngoại. 5.1.2. Dao động của p h â ...