2
2
Chương 5
KHÁI QUÁT VỀ PHỔ PHÂN TỬ
5.1 Lí thuyết tóm lược
5.1.1 Khái niệm chung
5.1.1.1 a) Trường điện từ
Theo thuyết điện từ thì mỗi biến thiên của điện trường làm xuất hiện một từ trường. Hai
trường này luôn thẳng góc với nhau và làm thành trường điện từ.
5.1.1.2 b) Những đại lượng đặc trưng
Quãng đường mà sóng điện từ chuyển dời được trong một chu kì T gọi là bước sóng λ.
Chúng được liên hệ với tần số ν và số sóng
ν
bằng biểu thức sau:
λ = cT =
c
ν
=
1
ν
c- tốc độ ánh sáng trong chân không.
5.1.1.3 c) Dải phổ
Người ta phân vùng phổ thành các dải phổ sau:
Nhiễu xạ tia X Phổ electron Phổ dao động quay Phổ quay
Tia X UV.chân không UV VIS IR gần IR IR xa vi sóng
E
H
x
y
z
Vuihoc24h.vn
3
3
1Å 100Å 200nm 400nm 800nm 5mμ 25mμ 1mm 1cm
5.1.2 Các dạng phổ phân tử
a) Khi bức xạ điện từ tương tác với các phân tử vật chất sẽ gây nên sự chuyển electron từ
mức năng lượng này sang mức năng lượng khác.
ΔE = E
c
– E
t
= hν =
hc
λ
= hc
ν
E
c
- mức năng lượng cao;
E
t
- mức năng lượng thấp.
b) Nếu electron chuyển từ E
t
lên E
c
ta có phổ hấp thụ, còn ngược lại ta lại được phổ phát
xạ.
E = E
e
A
+ E
q
+ E
dđ
E
e
A
- năng lượng electron;
E
q
- năng lượng quay;
E
dđ
- năng lượng dao động.
5.1.3 Phổ quay của phân tử 2 nguyên tử
a) Từ bài toán quay tử cứng nhắc chúng ta có thể xác định năng lượng quay E
q
là:
01
1
2
1
2
2
3
5
5
3
5
3
5
3
5
3
vJ
0
n
E
Các mức năng lượng electron, quay,
dao động của phân tử 2 nguyên tử
Vuihoc24h.vn
4
4
E
q
= E
J
=
2
2
h
8I
π
J(J + 1)
Với mômen quán tính:
I = μ
2
o
r
và khối lượng rút gọn: μ =
12
12
mm
mm+
h- hằng số Planck;
r
o
- khoảng cách giữa 2 nguyên tử ;
m
1
, m
2
- khối lượng của 2 nguyên tử;
J- số lượng tử quay.
b) Số sóng
ν
trong phổ quay được xác định bằng hệ thức:
ν
J→J+1
= 2B(J + 1)
với B =
2
h
8Iπ
- hằng số quay.
5.1.4 Phổ dao động của phân tử 2 nguyên tử
a) Kết quả giải bài toán dao động tử điều hoà đã dẫn đến năng lượng dao động như sau:
E
dđ
= E
v
= hν
1
v2
⎛⎞
+
⎜⎟
⎝⎠
trong đó:
1k
2
ν= πμ
k: hằng số lực
μ: khối lượng rút gọn
v: 0, 1, 2,... số lượng tử dao động
Khi v = 0 dẫn đến năng lượng điểm không E
o
E
o
=
1
2
hν
o
b) Trong phổ quay số sóng
ν
được xác định bằng hệ thức:
Vuihoc24h.vn
5
5
ν
=
1
v2
⎛⎞
+
⎜⎟
⎝⎠
ω
ω
=
c
ν
là tần số dao động
5.1.5 Phổ quay - dao động của phân tử hai nguyên tử
a) Năng lượng của dạng phổ này là:
E = E
q
+ E
dđ
= E
J
+ E
v
Một cách gần đúng ta viết:
E = BhcJ(J + 1) + hν
1
v2
⎛⎞
+
⎜⎟
⎝⎠
b) Số sóng được xác định bởi hệ thức:
ν
= BJ(J + 1) +
1
v2
⎛⎞
+
⎜⎟
⎝⎠
ω
• Phổ quay, phổ dao động đều phải tuân theo quy tắc chọn lựa:
ΔJ = ± 1 và Δv = ± 1
• Các dao động riêng của phân tử lại chia thành hai dạng chính:
+ Dao động hoá trị ν;
+ Dao động biến dạng δ.
Các dạng dao động này ứng với trường hợp đối xứng ν
S
, δ
S
và bất đối xứng ν
as
, δ
as.
5.1.6 Phổ electron của phân tử 2 nguyên tử
Vuihoc24h.vn
6
6
Phổ electron thường xuất hiện khi electron dịch chuyển giữa 2 trạng thái (mức năng
lượng) electron. Dạng phổ này chiếm vùng phổ tử ngoại (UV) và trông thấy (VIS). Sự chuyển
electron giữa các trạng thái được biểu diễn trên giản đồ.
5.1.7 Phổ cộng hưởng từ hạt nhân
Khi proton (hạt nhân) có số lượng tử I bán nguyên (chẳng hạn
1
1H
có I = 1/2) được đặt
vào một từ trường không đổi H thì có sự tương tác giữa mômen từ hạt nhân μ
N
và cường độ từ
trường dẫn đến năng lượng:
E = –μ
N
H = –g
N
β
N
m
I
H
trong đó: g
N
- tỉ lệ từ hồi chuyển spin hạt nhân hay là yếu tố g hạt nhân;
β
N
- hằng số manhêtôn hạt nhân.
Số lượng tử từ spin hạt nhân của proton có 2 giá trị ±
1
2
a) Hiệu năng lượng giữa 2 mức là:
ΔE = g
N
β
N
H = hν
b) Tần số là: ν = NN
gH
h
β
c) Độ chuyển dịch hoá học:
δ
x
= TMS
o
∞
ν−ν
ν
.10
6
(ppm)
trong đó: δ
x
- độ chuyển dịch của proton x;
ν
x
- tần số của proton x;
ν
TMS
- t ần số của chất chuẩn TMS (tetrametyl silan);
Vuihoc24h.vn