Treibhauseffekt O C O IR UV IR 800 700 400 500 600 IR UV.

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1 Treibhauseffekt O C O IR UV IR 800 700 400 500 600 IR UV

2 Ausgewählte Grundlagen der IR-Spektroskopie
Grundlegende physikalisch-chemische Anwendungen

3 Gliederung Grundlegende Anwendungen der IR-Spektroskopie
I. Informationen über die Molekülgeometrie - Grundschwingungen von Molekülen - IR-Aktivität von Schwingungen II. Gruppen- und Substanzidentifikation - Schwingungsfrequenzen funktioneller Gruppen - Fingerprintbereich

4 I. Informationen über die Molekülgeometrie
Molekülanregung und IR-Aktivität der Schwingungen r Epot r0 Epot r Abstoßung Anziehung

5 Molekülanregung und IR-Aktivität der Schwingungen
Federmodell: Rücktreibende Kraft (Hook`sches Gesetz): F = - k * ( r- r0 )

6 Integration liefert potentielle Energie Epot als Funktion des Kernabstandes r:
Vr = 1/2 * k *( r )2 r Epot bzw. Vr r0 v=0

7 Quantenphysikalische Betrachtung
Epot bzw. V r0 v=0 h *  h* v=1 E = ( v + 1/2 ) * h * vib (vib = Schwingungsfrequenz)

8 Quantenmechanik: Schwingungsquantenzahl v (= 0,1,2...)
Das Molekül schwingt mit der Frequenz:

9 IR-Spektrum von CO2 1,2 0,9 0,6 0,3 0,0  [cm-1] % T

10 Merke: (IR-Aktivität der Schwingungen)
IR-Strahlung verstärkt Eigenschwingungen von Molekülen Die Strahlungsfrequenz muss gleich der natürl. Schwingungsfrequenz des Moleküls sein Für IR-Absorption muss sich das Übergangsdipolmoment des Moleküls ändern!

11 Anzahl von Normalschwingungen:
Anzahl der Z Schwingungsfreiheitsgrade ist: Z= 3 * N - 5 für lineare Moleküle Z= 3 *N - 6 für gewinkelte Moleküle (N = Anzahl der Atome) davon fallen 3 auf Translationsbewegung in x, y, z- Richtung 3 weitere auf Rotation um die Hauptträgheitsachse (bei linearen Molekülen 2!)

12 Z = 3*3 - 5 = 4 Normalschwingungen
Bsp.: CO2 3 Atome, linear: Z = 3*3 - 5 = 4 Normalschwingungen Unterscheidung der Grundschwingungen in: Streckschwingungen () Deformationsschwingungen() c) entartete (e): Bindungslängen und -winkel a) symmetrische (s): Änderung der Bindungslängen b) antisymmetrische (as): Änderung der Bindungswinkel

13 Schwingungsfreiheitsgrade des CO2
 as  in der Ebene  senkrecht zur Papierebene

14 IR-Spektrum von CO2 1,2 0,9 0,6 0,3 0,0  [cm-1] % T

15 II. Substanz- und Gruppenidentifikation durch IR-Spektroskopie
Aufzeichnen eines IR-Spektrums durch Einstrahlung von  = 2-15m  = cm-1 unterschiedliche Anregung verschiedener Atomgruppen (z.B. funktionelle Gruppen) Gruppenfrequenzen liegen bei = cm-1

16 Formaldehyd (charakteristische Frequenzen fkt. Gruppen) Bsp.: Carbonylgruppenschwingung bei:  = cm-1

17 Spektrale Lage charakteristischer Gruppenschwingungen:

18 Abhängigkeit der spektralen Lage von:
1. Bindungsstärke: je größer k, desto höher die Frequenz! 2. Masse der beteiligten Atome: je geringer m, desto höher die Frequenz!

19 Zusammenfassung IR-Strahlung kann von Molekülen absorbiert werden
Analytischer Einsatz zur Strukturaufklärung und Substanzidentifizierung praktischer Einsatz im Alltag

20 Literaturangaben: Schnepel, Frank-M., ChiuZ, Vol.2, 1979, 33-42
Latscha, Klein, Basiswissen Chemie, Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, 1994, 433ff Mortimer, Charles E.: Chemie, Thieme-Verlag, Stuttgart, 1996 Becker, Heinz et. al., Organikum, Willey-Vch, Weinheim, 1999, 91ff