אינטראקציה בין קרינה וחומר ערור ויברציוני-תנודה (גלי ir...

אינטראקציה בין קרינה וחומר

(irערור ויברציוני-תנודה )גלי

מלכה יאיוןבית ספר קציר רחובות

(390-780nm)אור נראה uvאולטרה סגול עד

10-9 m

גל nm אורך

צעו

ת מ

ליב

הע

גל nm אורך

צעו

ת מ

ליפ

הט

) יונים ) או אטומים אלקטרוני סוג הערור

פוטונים האחראיים לערור

ספקטרום המתקבל

דיאגרמת אנרגיה E3

E2

E1

E0

אנ גיר

ה

E3

E2

E1

E0

אנ גיר

ה

(cmגלי מיקרו)10-1 m 10-3עד m

רוטציוני – סיבוב )מולקולות( סוג הערור

פוטונים האחראיים לערור

ספקטרום המתקבל

דיאגרמת אנרגיה

cm )גדל( λ

% ה ע ב ר ה

J1 J2

J0 J1J2 J3

הגי

נרא

j0

j1

j2

j3

סוג הערור

אינפרה אדום ir-גלי )Micron(10-6 m 10-3 עד m

ויברציוני-תנודה )מולקולות(

פוטונים האחראיים לערור

אינפרה אדום בעלי אורך גל ארוך יותר מהאור הנראה והאולטרה סגול ir-גלי (nm) לכן יגרמו למעברים בעלי הפרשי אנרגיה קטנים יותר...אך קצרים מ גלי ,

( לכן יגרמו למעברים בעלי הפרשי אנרגיה גדולים יותרcmמיקרו)

כמה דרגות חופש מסוג תנודה יש למולקולת H2S?

3N==9מספר דרגות החופש

3N-3==6מספר דרגות החופש הפנימיות

3 ) סיבוב ) רוטציה מסוג חופש דרגות

3N-6==3דרגות חופש מסוג תנודה

מולקולה שאינה קווית

מתיחה אסימטרית

מתיחה סימטרית

כיפוף

מתיחה סימטרית

מתיחה אסימטרית

כיפוף

מתיחה אסימטרית

מתיחה סימטרית

כיפוף

מתיחה אסימטרית

מתיחה סימטרית

כיפוף

מתיחה אסימטרית

מתיחה סימטרית

כיפוף

כמה דרגות חופש מסוג תנודה יש למולקולת CO2?

3N==9מספר דרגות החופש

3N-3==6מספר דרגות החופש הפנימיות

מולקולה קווית

) סיבוב ) רוטציה מסוג חופש דרגות שתי

3N-5==4דרגות חופש מסוג תנודה

מתיחה אסימטרית

x-yכיפוףמתיחה סימטרית

x-zכיפוף

מתיחה אסימטרית

x-yכיפוףמתיחה סימטרית

x-zכיפוף

מתיחה אסימטרית

x-yכיפוףמתיחה סימטרית

x-zכיפוף

מתיחה אסימטרית

x-yכיפוףמתיחה סימטרית

x-zכיפוף

מתיחה אסימטרית

x-yכיפוףמתיחה סימטרית

x-zכיפוף

לצפיה על אופני תנודה של מולקולה http://www.pslc.ws/mactest/irabs.htm

יש מערכת רמות אנרגיה אופיינית לכל אופן תנודהמשלו

רמות האנרגיה של תנודה תלויות

במסת האטומים.ובחוזק הקשר בינהם

המודל אשר בעזרתו ניתן לחשב את האנרגיה של רמות אלה נקרא "אוסצילטור הרמוני"

הגי

נרא

v0

v1

v2

v3

" קרינה י ע נגרמות אלה רמות בין מעברים- אדום האינפרא בתחום אלקטרומגנטית

מולקולה דו-אטומים מתוארת כשתי מסות המחוברות באמצעות קפיץ

M2 מסת האטומים M1

- חוזק Kקבוע הקפיץ - הקשר בין האטומים.

מערכת זו שוות ערך למערכת של חלקיק אחד בעל לקירK המחובר באמצעות קפיץ בעל קבוע מסה

M1 M2

K

K

Ev = )v +1/2(hν

=ν תדירות אופיינית של האוסצילטור

הגי

נרא

v0 E0 = 1/2hν

E1 = 3/2hν

E2 = 5/2hν

E3 = 7/2hν

v1

v2

v3

6.631034 joulesec= h

2 1 K

ν =

= M1M2

M1 + M2

ΔE= hν

ΔE= hν

ΔE= hν

= המסה המצומצמת

=Ev האנרגיה של רמה ויברציונית

=v מספר הרמה

הויברציונית

=K קבוע המבטא את חוזק הקפיץ )הקשר(

יש מערכת רמות אנרגיה אופיינית לכל אופן תנודהמשלו

אינה = היסוד מצב של 0האנרגיהבמנוחה, אינם האטומים יסוד במצב גם כלומר

הגי

נרא

v0

v1

v2

v3

EE)v=0( = 1/2hν

על גדלים ויחידות

10-6m מיקרון = 1

=מיקרוןirיחידות של אורך גל של קרינה בתחום ה-

מהו החסרון בתאור קרינה באמצעות אורך

גל ?

hcE= :רמז

היחס בין אורך הגל לאנרגיה הפוך

בגרף קנה המידה אינו אחיד

c ν=

היחידות של מספר גל cm-1

ν= c)1/ (= cν

– הופכי νהוגדר גודל "מספר גל"לאורך גל

ν= 1/

גל למספר תדירות בין הקשר

גדולה יותר ממספר 3x1010התדירות היא פי הגל

כמה דרגות חופש מסוג תנודה יש למולקולת CO?

3N==6מספר דרגות החופש

3N-3==6מספר דרגות החופש הפנימיות

מולקולה קווית

) סיבוב ) רוטציה מסוג חופש דרגות שתי

1==6-5דרגות חופש מסוג תנודה

חופש אחת מסוג תנודה דרגתCOל-

16501800cm-1 ב-C=O של קשר מתיחהמה ניתן להסיק על חוזק הקשר בפחמן

חד-חמצני?

כמה דרגות חופש מסוג תנודה יש למולקולת H2O?

3N==9מספר דרגות החופש

3N-3==6מספר דרגות החופש הפנימיות

3 ) סיבוב ) רוטציה מסוג חופש דרגות

3N-6==3דרגות חופש מסוג תנודה

מולקולה שאינה קווית

חופש מסוג תנודה דרגתH2O 3ל-

חופש מסוג תנודה דרגתH2O 3ל-

irספקטרום של מים בתחום אשר אינו בולע בתחום CCl4)ממיסים מים ב-

זה(

מתיחה סימטרית 3652 cm -

1545 cm - מתיחה כיפוף3756אסימטרית cm -

ככל שהמולקולה גדולה יותר ספקטרום הבליעה יהיה מורכב

יותרניתן לזהות את הקבוצות

הפונקציונאליות

של הרואיןirספקטרום

?

C-H

ע"י השואה לספקטרום קיים ניתן לזהות בודאות את החומר )ראיה במשפט(

אם יעצור אותך שוטר לבדיקת נוכחות אלכוהול Intoxalyzerבדם, הוא יעשה את הבדיקה בעזרת

- Intoxalyzer -מכשיר שבודק בליעה ב–ir של

הגזים הנפלטים בנשיפה

ir ב-)CH3CH2OH)gספקטרום הבליעה של אתאנול

לאיזה מספר גל מכוון המכשיר?

CH3CH2CH2CH2OH)g( CH3CH2OCH2CH3 )g(

CH3CH2OCH2CH3 )g(

CH3CH2CH2CH2OH)g(

מי אני ומה ספקטרומי?

ספקטרום הבליעה תלוי במצב הצבירה של החומר הנבדק

נתונים שני ספקטרומים של מים

נוזל

גז

מהו ההבדל העיקרי בין שני מצבי צבירה אלה?

במצב גזי הכוחות הבינמולקולרים זניחים.אין מעבר אנרגיה יעיל בין המולקולות, לכן כל

חלקיק יכול להמצא במצב אנרגיה מוגדר היטב.

מולקולות יכולות לבצע בו זמנית תנועות מסוגים שונים )תנודה וסיבוב(

לכן ניתן להבחין בין רמות רוטציה שונות רק במצב גזי

)לא ניתן להבדיל בין רמות רוטציה בדידות .בנוזל(

במצב נוזל קיימים קשרים בינמולקולרים לכן מתאפשר מעבר אנרגיה יעיל בין

המולקולות

בליעה

אורך גלגל גל אורך אורךמקסימלימקסימלי

מדוע מתקבלים קוים בספקטרום בליעה של אטומים או יונים במצב גזי ופעמון גאוס בספקטרום בליעה של חומר מומס )נוזל(?

אנרגיה

מצב אלקטרוניEoהיסודי

דיאגרמת האנרגיה של אטומים או יונים במצב גזי בעלת רמות אנרגיה "מוגדרות

היטב".

אין קשרים בין מולקולריים, האטומים בעלי רמת אנרגיה דומה והפרש האנרגיה בין

הרמות גדול בהרבה מרוחב הרמה

אנרגיה

מצב אלקטרוניEoהיסודי

הפרש האנרגיה בין הרמות גדול בהרבה מרוחב

הרמה

v0

v1

v2

v3

הפרשהאנרגיה בין הרמות גדול מרוחב הרמה

j0

j1

j2

j3

j0

j1

j2

j3

j0

j1

j2

j3

j0

j1

j2

j3

הפרש האנרגיה בין הרמות קטן יחסית לרוחב

הרמה

דיאגרמת האנרגיה של חומר במצב נוזל או מוצק בעלת רמות אנרגיה "בעלות רוחב".

קיימים קשרים בין מולקולריים, המולקולות מושפעות ממיקומן בצבר לכן קיים הבדל ברמת האנרגיה של כל מולקולה והפרש האנרגיה בין הרמות "קטן" יחסית לרוחב

בליעהרמה ה

אורך גל