مفاهیم مقدماتی

شرط جذب انرژی مادون قرمز

اصول کلی طیف سنجی IR

دیگر نکات مفید

پ.ن : چون این مطلب برای پذیرفته شدگان مرحله دوم المپیاد نانو آماده شده است به دلیل تفاوت سنی پذیرفتگان سعی می شود که مطلب از سطوح پایه آغاز شود .

الکترونگاتیوی یا الکترونگاتیویته یک اتم میزان تمایل نسبی آن اتم برای کشیدن الکترونهای یک پیوند به سمت هسته خود است. هرچه عنصری تمایل بیشتری به گرفتن الکترون داشته باشد الکترونگاتیوتر است. الکترونگاتیوی متفاوت دو اتم درگیر در یک پیوند موجب نامتوازن پخش شدن ابر الکترونی احاطه کننده ی دو اتم می شود ، این پدیده را قطبیت مولکول می نامند و مولکولی که ایر الکترونی به صورت متقارن توزیع نشده باشد را مولکول قطبی گویند .

به عنوان مثال شکل زیر مولکول هیدروژن فلوراید را نشان می دهد که چون الکترونگاتیوی فلوئور بیشتر از هیدروژه است بخش بیشتری از ابر الکترونی را به سمت خود جذب کرده است . این مولکول یک مولکول قطبی است .

دوقطبی الکتریکی، جدایش بارهای الکتریکی است. ساده‌ترین حالت آن را می‌توان ترکیبی از بار مثبت و بار منفی با اندازه یکسان و فاصله مشخص در نظر گرفت.شکل رو به رو یک دو قطبی الکتریکی را نشان می دهد:

در مولکول های قطبی نیز به دلیل پخش نامتقارن ابر الکترونی و پدیده قطبیت نوعی جدایش بار الکتریکی و تولید نوعی دوقطبی الکتریکی وجود دارد که بار ها به صورت جزیی از بار تعریف می شوند . مانند شکل رو به رو کهدوقطبی های موجود در مولکول آب را نشان می دهد .

با توجه به شکل می بینیم که روی اتم های هیدروژن جزیی بار مثبت و روی اتم اکسیژن دو جز بار منفی قرار گرفته است که تقسیم بار به این شکل به خاطر الکترونکاتیوی بیشتر اکسیژن نسبت به هیدروژن است .

اساسی ترین مساله در فهم ساز و کار آنالیز مادون قرمز نکته زیر است :

شرط جذب انرژی امواج مادون قرمز توسط مولکول ها این است که گشتاور دو قطبی مولکول در حین ارتعاش تغییر کند .

نکته ای که از شرط بالا استنباط می شود این است که باید مولکول بردار گشتاور دوقطبی داشته باشد تا بتواند با جذب انرژی و صرف آن در تغییر بردار گشتاور ، پیک های خاصی در طیف آنالیز مادون قرمز تولید کند .

در صفحه قبل دیدیم که برای جذب انرژی امواج ، مولکول باید قطبی و داراری بردار گشتاور دوقطبی باشد . در ادامه قصد داریم این مساله را کمی دقیق تر بررسی کنیم .

 

در ابتدا با انواع ارتعاشات مولکولی آشنا می شویم . دسته بندی کلی ارتعاشات مولکولی به صورت زیر است :

 

 

حال به بررسی چگونگی بردار گشتاور دو قطــبی در یک مولکول با دو نوع ارتعاش کششــی متقارن و نامتقارن می پردازیم . مولکول مورد بررسی ما CO2است . مولکول دی اکسیـــد کربن را اگر در حالت ساکن فرض کنیم یک مولکول خنثی فرض می شود اما اگر ارتعاشات را در حالت آن لحاط نماییم با شرایط متفاوتی از نگاه قطبیت روبه رو خواهیم شد که در ادامه به بررسی این مسئله می پردازیم .

 

 

الف ) مولکول دی اکسید کربن با ارتعاشات کششی متقارن : در این حالت در هر دو نیم سیکل جهت کشش های دو اتم اکسیژن با هم هماهنگ است و این مساله موجب خنثی شدن دو بردار گشتاور دوقطبی های موجود می شود. به شکل زیر نگاه کنید .