Infraqizil (IQ) spektroskopiya.
Spektrning infraqizil (lotincha, infra, qizil degan ma'noni anglatadi) mintaqasi ko‘rinadigan chastotalar ostidan eng yuqori mikroto‘lqinli va radar chastotalarigacha bo‘lgan chastotalarga mos keladi: to‘lqin uzunligi taxminan 8 * 10 -5 sm dan 1 * gacha. 10-2 sm. Umumiy infraqizil spektrometrlar ushbu mintaqaning o‘rtasida, taxminan 4,6 dan 46 kJ > mol (1,1 dan 11 kkal > mol) energiyaga mos keladigan 2,5 * 10 -4 sm va 25 * 10 -4 sm gacha bo‘lgan to‘lqin uzunliklaridaishlaydi. Infraqizil fotonlar elektron o‘tishlarni keltirib chiqarish uchun etarli energiyaga ega emas, lekin ular atomlar guruhlarini ularni bog‘laydigan bog‘larga nisbatan tebranishga olib kelishi mumkin.
Elektron o‘tishlar singari, bu tebranish o‘tishlari ham alohida energiyaga mos keladi va molekulalar infraqizil nurlanishni faqat ma'lum to‘lqin uzunliklari va chastotalarda o‘zlashtiradi.
Infraqizil diapazonning o‘rni uning to‘lqin uzunligi λ bilan aniqlanish va mikron bilan o‘lchanishi mumkin. Mikron (yoki mikrometr) metrning milliondan bir qismi 10-6 m yoki 10-4 sm ga to‘g‘ri keladi. Biroq, keng tarqalgan birlik - bu santimetrdagi tsikllar soniga (to‘lqin uzunligi) mos keladigan to‘lqin sonidir.
Masalan, 4 mikron to‘lqin uzunligidagi yutilish 2500 sm -1 to‘lqin soniga to‘g‘ri keladi.
Xarakterli infraqizil yutilishlarni muhokama qilishdan oldin, molekulalarning tebranish energiyalari haqidagi ba'zi nazariyani tushunish foydali bo‘ladi. Quyidagi chizma ikki atom orasidagi kovalent bog‘lanish qanday qilib prujinaga o‘xshab harakat qilishini ko‘rsatadi(23-rasm). Agar bog‘lanish cho‘zilgan bo‘lsa, tiklovchi kuch ikki atomni muvozanat bog‘lanish uzunligi tomon bir-biriga tortadi.
Agar bog‘lanish siqilgan bo‘lsa, tiklovchi kuch ikki atomni bir-biridan itaradi. Agar bog‘lanish cho‘zilsa yoki siqilsa va keyin bo‘shatilsa, atomlar tebranadi.Cho‘zuvchi tebranish chastotasi atomlarning massalariga va bog‘lanishning qattiqligiga bog‘liq. Og‘irroq atomlar yengilroqlarga qaraganda sekinroq tebranadi; masalan, C-D bog‘lanishning xarakteristik chastotasi C-H bog‘lanishdan past. Bog‘lanish energiyasi o‘xshash bo‘lgan bog‘lanishlar guruhida atom og‘irligi oshishi bilan chastota kamayadi.
Kuchli bog‘lanishlar odatda qattiqroq bo‘lib, ularni cho‘zish yoki siqish uchun ko‘proq kuch talab qiladi. Shunday qilib, kuchliroq bog‘lar odatda kuchsizroq bog‘larga qaraganda tezroq tebranadi (atomlarning massalari bir xil bo‘lsa)(24- rasm). Masalan, O-H bog‘lari C-H bog‘lariga qaraganda kuchliroq, shuning uchun O-H bog‘lari yuqori chastotalarda tebranadi.
Uch bog‘lar qo‘sh bog‘dan kuchliroqdir, shuning uchun uch bog‘lar qo‘sh
bog‘larga qaraganda yuqori chastotalarda tebranadi. Huddi shunday, qo‘sh bog‘lar yakka bog‘ga qaraganda yuqori chastotalarda tebranadi. Massalari o‘xshash atomlarga ega bo‘lgan bog‘lanishlar guruhida chastota bog‘lanish energiyasi bilan ortadi.
Infraqizil spektr-yorug‘lik chastotasi yoki to‘lqin uzunligi funktsiyasi sifatida molekula tomonidan yutilgan energiyaning grafigidir. Metanolning IQ spektri quyida rasmda ko‘rsatilgan. Infraqizil mintaqada yutilish odatda molekuladagi bog‘larning tebranish rejimlarini qo‘zg‘atish natijasida yuzaga keladi. Oddiy birikmalar bilan ham, infraqizil spektrlar har bir bog‘lanish uchun bitta yutilish emas, balki juda ko‘p turli xil yutilishlarni o‘z ichiga oladi. Quyidagi diagrammada suv molekulasining asosiy tebranish sohalari ko‘rib keltirilgan. IkkiO-H bog‘lari bir-biri bilan fazada cho‘zilishi mumkin (simmetrik cho‘zilish) yoki ular fazadan tashqariga cho‘zilishi mumkin (antisimmetrik cho‘zilish). H-O-H bog‘lanish burchagi egilish tebranishida ham o‘zgarishi, qaychi harakatini amalga oshirishi mumkin.
Quyida metanolning spektri keltirilgan. Biz keng O-H cho‘zilishini 3300 sm-1 atrofida, C-H cho‘zilishi 3000 sm-1 dan sal pastroqda va C- O cho‘zilishini 1000 sm-1 dan yuqoriroqda ko‘rishimiz mumkin.
Metanolning IQ spektri
Ayrim hollarda spektrlarda kuchsiz yutilishdagi oberton chastota hosil bo‘ladi, obertonning intensivligi asosiy chastotaning intensivligining 1% yoki 10% ni tashkil etishi mumkin.
Ko‘p atomli molekulalarning tebranishi ikki atomlikka nisbatan murakkab bo‘ladi va spektrda birqancha yutilish chastotalarini namoyon qiladi. Molekula atomlardan tashkil topgani uchun, har qanday erkin zarracha bo‘shliqda uch o‘lchovli bo‘lishi uchun uning erkin tebranish darajasi 3N qiymatda bo‘ladi. Agar molekula chiziqli tuzilishga ega bo‘lsa tebranishlar soni 3N-6 ga, xalqali ko‘rinishda bo‘lsa 3N-5 ga teng bo‘ladi.
Molekula tebranishi natijasida kimyoviy bog‘larning uzunligi o‘zgarsa va bu bog‘lar orasidagi burchak kam o‘zgarsa, bunday tebranish turlariga valent tebranishlar deb aytiladi va (nyu) harfi bilan belgilanadi. Tebranish natijasida valent bog‘lar orasidagi burchak o‘zgarib, bu bog‘lar uzunligi o‘zgarmasa, bunday tebranish turlari deformatsiyali tebranish bo‘lib uni (delta) harfi bilan belgilanadi. Valent tebranishlar simmetrik (s) va assimmetrik (as) turlariga bo‘linadi va sim. tebranish natijasida kimyoviy bog‘lar uzunligi uzayadi, assim.tebranishda qisqarish holati kuzatiladi. Masalan, suv molekulasi - u chiziqli tuzilishga ega bo‘lganligi uchun, tebranish chastotasi soni 3N-6=3. 3-6=9-6=3 ta bo‘ladi. Demak, ko‘p atomli molekulalarning IQ spektri qoidasini quyidagicha izohlash mumkin: yutilish natijasida hosil bo‘lgan tebranish sonini, ya’ni spektrdagi chastotalarning qiymatlari va shaklini e’tiborga olib valent va deformatsiyali chastotalarni aniqlash mumkin, bu ishlarni amalga oshirishda olingan spektrlarni shunga o‘xshash bo‘lgan moddalarning ma’lum bo‘lgan spektrlari bilan taqqoslash kerak. IQ spektrdagi 650-1300 sm-1 sohani tekshirilayotgan moddaning “barmoq izi” sohasi deb yuritiladi. Molekulaga qandaydir ozgina o‘zgartirishlar kiritilganda bu sohada ko‘rinadigan chastotalarning soni va qiymatlari keskin o‘zgaradi.
1500-1800 sm-1 -funksional guruhlarning yutilish sohasiga kiradi va 3000- 3600 sm-1 ikki atomli OH, NH, NH2 guruhlarning yutilish sohasi hisoblanadi. Barcha molekulyar tebranishlar infraqizil nurlanish sohada yutmaydi. Buni tushunishimiz uchun elektromagnit maydon molekulyar bog‘lanish bilan qanday ta’sir qilishini ko‘rib chiqishimiz kerak. Ushbu o‘zaro ta’sirning kaliti uning dipol momenti sifatida o‘lchanadigan bog‘lanishning qutbliligi bilan bog‘liq. Agar bu bog‘lanish elektr maydoniga joylashtirilsa, u maydon yo‘nalishiga qarab cho‘ziladi yoki siqiladi. Agar bog‘lanish simmetrik bo‘lsa va dipol momenti nolga teng bo‘lsa, elektr maydoni bog‘ bilan o‘zaro ta’sir qilmaydi. Masalan, atsetilenning uch bog‘i dipol momentiga ega bo‘lmaydi, agar bog‘lanish cho‘zilgan yoki siqilgan bo‘lsa, dipol momenti nol bo‘lib qoladi. Tebranish dipol momentida hech qanday o‘zgarish hosil qilmagani uchun energiyaning yutilishi kuzatilmaydi. Bu tebranish IR-faol emas deb aytiladi va u IQ spektrida yutilish hosil qilmaydi. IQ-faol tebranishning ma`nosi shundaki, tebranish molekulaning dipol momentini o‘zgartirishi kerak
|
