Валентные и деформационные колебания

 

В предыдущем разделе мы узнали, что поглощая инфракрасный спектр, происходит изменение колебаний частиц в веществе. В свою очередь, колебания делятся на валентные и деформационные.

Деформационные колебания связаны с изменением углов между связями. [3] На них требуется незначительные затраты энергии, поэтому они осуществляются при более низких частотах. Этот вид колебаний подразделяется на плоскостные (ножничные, маятниковые) и неплоскостные (веерные, крутильные). (рис. 2)

Валентные колебания связаны с изменением длины связи. [4] Они подразделяются на ассиметричные и симметричные. (рис. 3)

 

                          

                              а)                                                       б)

 

                  

 

                              в)                                          г)

Рис. 2 Деформационные плоскостные а) ножничные, б) маятниковые; неплоскостные в) крутильные, г) веерные колебания.

 

 

                         а)                                                                      б)

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.

Если атомы имеют приблизительно одинаковую массу и сходные значения энергии связи, то становится сложным выделить колебания отдельных групп.

 

 

Анализ спектров

 

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.