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