11622 ROTATION-VIBRATION SPECTRA BAB 7

advertisement
KELOMPOK 5
DEVI INDRAWATI S
NINDA RIZKY Y
BRYAN VALENTINO
• Ketika radiasi infrared diabsorbsi oleh suatu cairan
murni atau suatu material dalam suatu larutan yang
sudah diukur, daerah absorbansi dapat ditandai pada
transisi v=0 sampai v=1 dalam berbagai pola energi
vibrasi yang diobservasi.
7.1 Aturan seleksi dan transisi untuk Model Rotor Rigid dan oscilator
harmonis
• Aturan seleksi mengatur rotasi dan vibrasi transisi yang diperbolehkan,
seperti pada bab 2 dan 3, tetap berlaku ketika dua jenis energi tersebut
berubah pada transisi tertentu. Untuk absorbansi spektra, seperti
sebelumnya, aturan seleksi Δv = +1 sesuai dan merupakan bentuk transisi
yang mendasar dari v=0 sampai v=1
• Aturan seleksi untuk J, diberikan ΔJ = ±1, berbeda dengan situasi pada
teori rotasi absorbansi spektroskopi, kedua kemungkinan tersebut sangat
penting. Maka aturan seleksi untuk hubungan rotasi-vibrasi absorbansi
yaitu:
• (pengecualian untuk aturan ini yaitu penetapan molekul seperti NO
yang memiliki elektron ganjil. Elektron ini mengkontribusi
momentum angular pada aksis molekul yang menyebabkan transisi
ΔJ = 0 terjadi.)
• Aturan-aturan ini juga merupakan lambang mengenai level energi
rotasi dan vibrasi, yang memperbolehkan energi atau frekuensifrekuensi garis absorbansi dapat dihitung.
• Lambang level-energi diperoleh dengan memperlakukan suatu
molekul sebagai sistem rotor rigid, osilator harmonis. Dengan
pendekatan ini, dapat ditulis:
• Dua model yang
telahdiperbaikisebelumnyayaituosilatoranharmonicdan rotornonrigiddapatdiperkenalkandanakanmengarahkanpada
(v+1/2)2dan [J(J+1)]2.
• Hal inimudahuntukdigantikan, seperti yang sudahpada Sec. 2-4,
faktor1/2 /µolehsimbolωdan1/2 /µolehsimbol
dengannotasiini, lambangenergi-level padapersamaan (2)
danaturanseleksipada pers. (1)
memberikantransisifrekuensinnnuntuktransisi v=0
v=1
seperti:
•
•
•
Satuhal yang harusdicatatbahwapadapersamaanini, nilai yang
dimasukkanuntuk J
adalahnomorkuantumrotasiuntukposisivibrasiyang lebihrendah.
Transisidangarisserapan yang dihasilkan, ditampilkanpada diagram
sepertipadaGambar 7-2. Di sanajelas, seperti yang
ditunjukkanolehpersamaan di atas, bahwaharusadasatu set
garisserapan, yang ditempatkandenganjumlahkonstan 2,
padasisifrekuensitinggidaripusatikatan, yang terjadipada = , dan
set yang sesuaipadasisifrekuensirendahdenganjarakkonstan yang
sama.
Harusadacelah di pusat band yang sesuaidengantransisiΔJ = 0 yang
tidakada, yang semuanyaakanmemilikifrekuensi.
• Merupakan hal yang lazim untuk melabeli rangkaian garis frekuensi
rendah sebagai cabang P dari pita getaran rotasi dan sisi frekuensi
tinggi sebagai cabang R. (Untuk beberapa molekul, seperti yang
akan kita lihat, cabang ΔJ = 0 pusat diperbolehkan, dan ini dikenal
sebagai cabang Q.)
• Spektrum serapan inframerah HBr menunjukkan absorpsi, yang
diberikan pada Gambar 7-3, yang dapat dikaitkan dengan transisi
v= 0 hingga v=1.
• Bentuk umum dari kurva eksperimental ini, pada kenyataannya,
yang diprediksi berdasarkan Persamaan. (3) dan (4) atau Gbr. 7-2.
• Jelas bahwa frekuensi dari transisi v=0, J=0 ke v=1, J=0 dapat
disimpulkan dari celah pusat dalam band dan bahwa nilai ini
memberikan jarak dari tingkat energi vibrasi molekul.
• Selanjutnya,
pemisahankomponendari
cabang P dan R
dapatdiidentifikasidenga
nkuantitasmolekul 2.
Dari jumlahini, nilainilaiuntukmomeninersia
danpanjangikatanmoleku
ldapatdideduksisepertike
tikajarakdarigarisrotasim
urniditentukandaripenelit
ian di wilayah
microwave
• Dua fitur yang digambarkan oleh contoh HBr
pada Gambar 7-3 belum diperhitungkan dan
sekarang harus dipertimbangkan.
• Pertama, intensitas relatif dari komponen tetap
diselidiki dan, kedua, fakta bahwa jarak
komponen-komponen tidak ditemukan persis
konstan harus ditangani.
• Intensitas relatif komponen-komponen pita seperti pada Gambar 7-3
dapat dipahami berdasarkan populasi dari berbagai tingkat energi
rotasi dari keadaan vibrasi ground state.
• Aproksimasi dapat dibuat bahwa intensitas komponen rotasi-band
vibrasi sebanding dengan populasi tingkat energi rotasi dari mana
komponen berasal.
• Seperti yang ditunjukkan di Subbab. 3-3, multipisitas tingkat energi
rotasi Jth adalah 2J+1, dan itu mengikuti bahwa, menurut distribusi
Boltzmann, populasi tingkat Jth adalah
• Nilai momen-inersia untuk molekul yang sedang dipelajari
dan suhu percobaan dapat digantikan ke dalam persamaan ini,
dan nilai NJ / No dapat dihitung untuk berbagai nilai J.
Intensitas komponen yang dimulai dari berbagai nilai J akan
sebanding dengan nilai NJ/No . Band serapan yang diprediksi
atas dasar ini, dengan pendekatan rigid-rotor, akan
berhubungan lebih dekat dengan yang diamati.
Molekul simetri top
Getaran mixek informar yang aktif dari
molekul seperti CH CI dan Benzene, yang
merupakan atasan simetris karena susunan
simetri atom, memiliki parade dipol yang
diposkan oleh orang tua sejajar dengan sumbu
unik dari molekul atau tegak lurus terhadap
sumbu ini. Sedangkan untuk molekul linier,
kedua jenis getaran ini memiliki aturan
pemilihan rotasi yang berbeda. Dan karena
bentuknya yang berotot-retasi-getaran.
7.6 Ikatan paralel molekul simetris-top
Getaran yang mengarah ke pita paralel dapat diilustrasikan
oleh pemindahan yang ditunjukkan pada gambar 7-9a. Semua
getaran ini memiliki momen dipol berosilasi di sepanjang
sumbu unik, sumbu gambar dari molekul. untuk getaran
seperti itu, aturan pemilihan untuk perubahan rotasi dalam
transisi rotasi-vibration adalah :
• Aturan-aturan ini dapat dikombinasikan dengan ekspresi
tingkat energi, Persamaan (14) di bagian. 5, untuk energi rotasi
molekul simetri-top:
di mana J dan K adalah bilangan kuantum, adalah konstanta
rotasi tegak lurus pada sumbu gambar. Transisi yang
membentuk band paralel kemudian dapat direpresentasikan
diagram energi pada Gambar 7-10. Jika ketergantungan
momen inersia pada nilai K kecil, jarak dalam setiap set level
dengan nilai K yang diberikan akan hampir untuk sumbu unik,
dan B adalah konstanta rotasi untuk sumbu.
• sama karena mereka diatur oleh istilah yang sama, yaitu, JJ) B
dan J (J 1) B, istilah ekspresi energi. Kontribusi terhadap total
band dari transisi dalam setiap set level dengan nilai K dapat
ditunjukkan seperti pada Gambar 7-11.
• Semua harus memperhatikan karena keduanya Gambar. 7-10
dan 7-11 menunjukkan, bahwa untuk nilai K yang lebih tinggi,
nilai-nilai rendah J tidak terjadi. Ini mengikuti dari persyaratan
itu, karena K menentukan komponen momentum sudut
sementara J menentukan momentum sudut total, J harus sama
atau lebih besar dari k untuk setiap keadaan yang diizinkan. Di
luar fitur ini setiap kontribusi yang ditunjukkan pada Gambar,
7-11 terdiri dari cabang P, Q, dan R yang sederhana (kecuali
untuk kontribusi K 0 yang tidak menunjukkan cabang Q)
Penampilan yang diharapkan untuk total band adalah seon
yang akan ditanggung oleh pita serapan CH, Br ditunjukkan
pada Gambar 7-12.
• Jika komponen dari cabang P dan R dari pita paralel dapat
diselesaikan, seseorang dapat menyimpulkan nilai untuk B dan
Bo, atau pada nilai rata-rata B, dengan cara yang sama seperti
yang ditunjukkan sebelumnya untuk molekul diatomie.
Dengan data tersebut momen inersia tegak lurus terhadap
sumbu gambar diperoleh.
7.7 Perpendicular Bands of Symmetrictop Molecule
• Vibrasi yang memolit momen dipol yang tegak lurus dengan
sumbu unik dari molekul ditunjukkan pada Gambar 7-9b.
Untuk getaran seperti itu, aturan pemilihan untuk transisi
rotasi yang menyertai transisi getaran adalah :
dapat terjadi dalam per berdiri dalam istilah Diagram tingkat
energi Gambar. 7-13 menunjukkan transisi yang band tegak
lurus.
• Total band, sebagai eksperimental kurva Gambar 7-15
menunjukkan, biasanya mengungkapkan cabang Q subbanda
yang dilapiskan pada latar belakang yang tidak terselesaikan.
Jarak dari cabang-cabang Q ini dapat dihitung dari ekspresi
tingkat energi.
• Jarak dari cabang Q ini dapat dihitung dari ekspresi level
energi :
dan perubahan ΔK=±1, ΔJ=0 yang menghasilkan cabang Q.
Jika A dan B diambil sebagai independen dari v dan jika satu
lagi menunjuk asal band dengan ω, maka memiliki :
• Jarak dari cabang Q dari sebuah band tegak lurus dapat, sesuai
dengan hasil ini, diidentifikasi dengan 2 (A - B). Untuk
molekul-molekul seperti metil halida, di mana A lebih besar
dari B, cabang-cabang Q sangat sepi dan, seperti Gambar 7-15
menunjukkan, mudah diselesaikan.
Jika seseorang menyelidiki secara rinci sejumlah pita tegak lurus
dari suatu molekul tertentu, orang mungkin menemukan fakta yang
agak mengganggu bahwa jarak cabang Q tidak sama di pita yang
berbeda. Perlakuan yang diberikan di sini, yang mengarah pada
harapan jarak konstan 2 (A-B), adalah, untuk beberapa molekul, dalam
kesalahan karena mengabaikan kopling yang terjadi antara getaran
degenerasi ganda, yang dapat dikombinasikan untuk menunjukkan
momentum sudut, yang mengarah pada pita tegak lurus dan rotasi
molekul. Kopling terjadi melalui kekuatan Coriolis, dan dasar dan efek
gaya tersebut dibahas dalam ref. Efek kopling Coriolis dapat dihitung,
tetapi perhitungan membutuhkan pengetahuan tentang bentuk vibrasi
normal dari molekul. Hanya molekul sederhana yang dapat ditangani,
dan secara umum analisis band tegak lurus tidak menghasilkan
informasi struktur molekul.
Download
Related flashcards
Create Flashcards