Молекулярные колебания. Константа упругости химической связи. Колебательные деформации ядерного остова. Амплитуды колебаний. Спектры ИК-поглощения.

Величина = (6.62×10-27/2)/ (3.07×10 -24×5.369×1014)= 0.64×10-18 см2

Амплитуда нулевого колебательного уровня:

A0=(0.64×10-18 см2)1/2 » 0.8×10-9 см =0.08 A0

Это значение примерно на порядок менее длины связи.

Амплитуда первого колебательного уровня:

A0=(3×0.64×10-18 см2)1/2 » 1.39×10-9 см » 0.14 A0

Амплитуда возрастает на возбуждённых уровнях

ВЫВОД

Известно, что длина химической связи C-H в соединениях равна 1.06 - 1.1 A0.

Найденные амплитуды имеют разумные физические значения, составляя в основном и близлежащем возбуждённом состояниях 8-14% от длины связи.

Деформационные колебания (периодические изменения валентных углов): (эти вычисления Вы выполняете по мере возможности)

Периодические изменении валентных углов называются деформационными колеба­ниями. В этом случае амплитуда уже не линейная, а угловая.

Воспользуемся известными аналогиями в описании поступательного и вращательного движений. При переходе от линейного к вращательному движению следует заменить:

линейное смещение x -угловым отклонением .

линейную амплитуду A - угловой амплитудой .

массу  - моментом инерции I.

Константа упругости линейного колебания k=заменяется аналогичной константой упругости углового (деформационного) колебания =I

Формула для расчёта линейной амплитуды превратится в формулу для вычисления угловой амплитуды.

Задача 2.

В спектре ИК-поглощения полиэтилена (-CH2-CH2-)2 наблюдается сравнительно небольшое число хорошо выделенных колебательных полос. Это полосы с частотами (волновыми числами) (720, 1420, 2800, 2900) см-1. Две пер­вые полосы принадлежат деформационным колебаниям (маятниковому и нож­ничному). Две последние полосы принадлежат валентным колебаниям. Рассчи­тать амплитуды деформационных колебаний на основных уровнях (v=0).

Пример расчёта смотри в практикуме

“Методические указания к лабораторным работам по курсу “Физическая химия””

1985 год. “колебательная спектроскопия”, 4.5.2.Стр. 41-44.

Указание. В этой задаче главный упор делается на вычисление моментов инерции. У маят­никового колебания он равен удвоенному моменту инерции связи C-H. У ножничного равен половине момента инерции связи C-H.

Повороты отдельных связей принимаются относительно атома C.