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Treibhauseffekt

O C O. IR. UV. IR. UV. IR. 700. 600. 500. 800. 400. Treibhauseffekt. Ausgewählte Grundlagen der IR-Spektroskopie. Grundlegende physikalisch-chemische Anwendungen . Gliederung. I. Informationen über die Molekülgeometrie - Grundschwingungen von Molekülen

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Treibhauseffekt

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Presentation Transcript

  1. O C O IR UV IR UV IR 700 600 500 800 400 Treibhauseffekt

  2. Ausgewählte Grundlagen der IR-Spektroskopie Grundlegende physikalisch-chemische Anwendungen

  3. Gliederung I. Informationen über die Molekülgeometrie - Grundschwingungen von Molekülen - IR-Aktivität von Schwingungen II. Gruppen- und Substanzidentifikation - Schwingungsfrequenzen funktioneller Gruppen - Fingerprintbereich Grundlegende Anwendungen der IR-Spektroskopie

  4. Epot Epot r r r0 I. Informationen über die Molekülgeometrie Molekülanregung und IR-Aktivität der Schwingungen Abstoßung Anziehung

  5. Federmodell: Rücktreibende Kraft (Hook`sches Gesetz): F = - k * ( r- r0 ) Molekülanregung und IR-Aktivität der Schwingungen

  6. Epot bzw. Vr r v=0 r0 Integration liefert potentielle Energie Epot als Funktion des Kernabstandes r: Vr = 1/2 * k *( r )2

  7. Epot bzw. V r h* v=1 v=0 E = ( v + 1/2 ) * h *vib r0 (vib = Schwingungsfrequenz) Quantenphysikalische Betrachtung h * 

  8. Quantenmechanik: Schwingungsquantenzahl v (= 0,1,2...) Das Molekül schwingt mit der Frequenz:

  9. % T 0,0 0,3 0,6 0,9 1,2  [cm-1] IR-Spektrum von CO2

  10. Merke: (IR-Aktivität der Schwingungen) • IR-Strahlung verstärkt Eigenschwingungen von Molekülen • Die Strahlungsfrequenz muss gleich der natürl. Schwingungsfrequenz des Moleküls sein • Für IR-Absorption muss sich das Übergangsdipolmoment des Moleküls ändern!

  11. Z= 3 * N - 5 für lineare Moleküle Z= 3 *N - 6 für gewinkelte Moleküle (N = Anzahl der Atome) Anzahl von Normalschwingungen: • Anzahl der Z Schwingungsfreiheitsgrade ist: • davon fallen 3 auf Translationsbewegung • in x, y, z- Richtung • 3 weitere auf Rotation um die Hauptträgheitsachse • (bei linearen Molekülen 2!)

  12. Bsp.: CO2 3 Atome, linear: Z = 3*3 - 5 = 4 Normalschwingungen Streckschwingungen () Deformationsschwingungen() a)symmetrische (s): Änderung der Bindungslängen b)antisymmetrische (as): Änderung der Bindungswinkel c)entartete (e): Bindungslängen und -winkel Unterscheidung der Grundschwingungen in:

  13.  s  as  in der Ebene  senkrecht zur Papierebene Schwingungsfreiheitsgrade des CO2

  14. % T 0,0 0,3 0,6 0,9 1,2  [cm-1] IR-Spektrum von CO2

  15. II. Substanz- und Gruppenidentifikation durch IR-Spektroskopie • Aufzeichnen eines IR-Spektrums durch Einstrahlung von  = 2-15m  = 5000 - 600cm-1 • unterschiedliche Anregung verschiedener Atomgruppen (z.B. funktionelle Gruppen) • Gruppenfrequenzen liegen bei =4000-1250cm-1

  16. Formaldehyd (charakteristische Frequenzen fkt. Gruppen) Bsp.: Carbonylgruppenschwingung bei:  = 1620-1830cm-1

  17. Spektrale Lage charakteristischer Gruppenschwingungen:

  18. 1. Bindungsstärke: je größer k, desto höher die Frequenz! 2. Masse der beteiligten Atome: je geringer m, desto höher die Frequenz! Abhängigkeit der spektralen Lage von:

  19. Zusammenfassung • IR-Strahlung kann von Molekülen absorbiert werden • Analytischer Einsatz zur Strukturaufklärung und Substanzidentifizierung • praktischer Einsatz im Alltag

  20. Literaturangaben: • Schnepel, Frank-M., ChiuZ, Vol.2, 1979, 33-42 • Latscha, Klein, Basiswissen Chemie, Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, 1994, 433ff • Mortimer, Charles E.: Chemie, Thieme-Verlag, Stuttgart, 1996 • Becker, Heinz et. al., Organikum, Willey-Vch, Weinheim, 1999, 91ff • www.ir-spektroskopie.de/basics/ • www.marvin1.pc.ruhr-uni-bochum.de/~arnold/ir • www.orgchem.uni-essen.de/chemie_im_www/IR-www.html • www.cem.msu.edu/%7Ereusch/virtual/ext/Spectrpy/Infrared/infrared.htm#ir1

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