Рис.3 Валентные симметричные а) и асимметричные б) колебания

В каждой молекуле может происходить не один тип колебаний, а несколько. Причём чем сложнее развёрнут углеродный скелет, тем больше колебаний совершают частицы этого вещества.

Известно, что в нелинейной молекуле с числом n атомов возможно 3n-6 колебательных степеней свободы, а у линейной – 3n-5. Из них n-1 являются валентными, остальные – деформационными. [5]. Поэтому, можно сказать, что в ИК-спектре возможно практически всегда наблюдать область валентных и деформационных колебаний.

Частоты валентных колебаний углеродного скелета подчиняются следующей закономерности: чем выше энергия связи, тем более высокие частоты они поглощают. Деформационные же колебания наоборот возникают при более низких частотах.

Во время определения молекул органических веществ особую роль занимают колебания в интервале 1300 – 600 см^-1, куда входят многие деформационные колебания, а также колебания связей С – С, С – N, С=О.

В основном любой ИК-спектр состоит из 2 зон:

· Выше 1500 см^-1, где находятся полосы поглощения функциональных групп

· Ниже 1500 см^-1 – зона отпечатков пальцев, где располагается бесчисленное количество полос поглощения и описывает молекулу, как целое.

На рис. 4 показан ИК-спектр органического соединения с подписанными волновыми числами и соответствующими им функциональными группами.

Рис. 4. ИК-спектр органического соединения.

Принцип ИК-спектроскопии

В промежутке длин волн от 2,5 до 50 мкм (средней ИК-области) происходит возбуждение колебательного движения молекул. Они колеблются с характерными резонансными частотами, размер которых констатируется атомной массой. Частота этих колебаний составляет 10⁹ в секунду. Причём, чем больше атомов находится в молекуле, тем большее число колебаний может происходить. Форма колебаний является особой для каждой молекулы и определяется её строением.

В том случае, когда частота излучения совпадает с частотой колебания молекулы, происходит передача энергии от источника к веществу. Таким образом, при проникновении инфракрасного излучения через образец какие-то частоты поглощаются, а какие-то так и проходят через вещество. Поглощаемые частоты совпадают с резонансными, а пропускаемые нет.

Если молекула поглощает ИК-спектр, она колеблется более усиленно, из-за увеличения энергии. Через некоторое время она сообщает эту энергию остальным молекулам, что приводит к нагреванию образца.

Также возбуждение молекулы зависит и от дипольного момента. Инфракрасное излучение поглощается в том случае, если происходит взаимодействие дипольного момента молекулы с колеблющимся вектором электромагнитного поля. Это подтверждает активность колебаний при которых изменяется дипольный момент и не активность тех колебаний, которые не изменяют дипольного момента.

Молекулы, не обладающие дипольным моментом, не вызывают возбуждение колебаний. Из-за этого становится невозможным получить спектры солей с ионными и ковалентными неполярными связями, металлов и благородных газов.  [6]

ГЛАВА 2