![](/user_photo/2706_HbeT2.jpg)
- •Лабораторная работа юстировка и градуировка спектрофотометра
- •Задание
- •Порядок выполнения работы а. Регулировка источников излучения
- •Изучить оптическую схему, устройство и принцип работы спектрофотометра сф-26.
- •С. Градуировка спектрофотометра по проценту пропускания
- •Литература
- •Задание
- •Изучить следующие вопросы
- •Теоретическое введение
- •В колебательно-вращательном ик-спектре поглощение паров dBr естественного изотопного состава получены при большом разрешении следующие линии вращательной структуры (см-1)
- •Литература
- •Задание
- •Электронных полос поглощения
- •Теоретическое введение
- •Порядок выполнения работы
- •Теоретическое введение
- •Порядок выполнения работы
В колебательно-вращательном ик-спектре поглощение паров dBr естественного изотопного состава получены при большом разрешении следующие линии вращательной структуры (см-1)
-
1894,75
1864,57
1822,93
1786,57
94,17
54,01
22,40
86,16
87,48
56,58
14,10
77,22
86,90
56,02
13,57
76,72
80,02
48,42
05,12
67,61
79,45
47,87
04,50
67,11
72,38
31,59
1795,97
71,81
30,95
95,45
Определите
положение нулевой линий
,
отнесите линии к изотопическим
модификациям молекул D79Br
и D81Br
. Сделайте отнесение линий к Р - и R
- ветвям и определите их нумерацию по
вращательным квантовым числам J
. Рассчитайте значение вращательной
постоянной
обеих изотопических молекул для основного
и возбужденных
колебательных состояний молекул D79
Br
и D81
Br.
Определите молекулярный постоянные
,
и
.
Рассчитайте отношение приведенных масс
из
молекулярных весов и сравните его с
расчетным значением
Литература
К. Бенуэлл. Основы молекулярной спектроскопии. М. 1985.
М.А. Ельяшевич. Атомная и молекулярная спектроскопия. М. 1962.
А.А. Мальцев. Молекулярная спектроскопия. М. 1980.
Н.Г. Бахшиев. Введение в молекулярную спектроскопию. Л. 1987.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА
ИЗУЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОННО-КОЛЕБАТЕЛЬНОГО СПЕКТРА ПОГЛОЩЕНИЯ МОЛЕКУЛЫ ЙОДА
Цель работы: Изучить закономерности электронно-колебательных спектров двухатомных молекул, определить характеристики электронно-колебательных переходов молекулы йода.
Приборы: Монохроматор УМ-2, ртутная лампа ДРШ-250, лампа накаливания, кювета с кристаллическим йодом, конденсор.
Задание
Изучить оптическую схему и принцип работы установки.
Установить ртутную лампу ДРШ-250 перед монохроматором, включить ее и провести юстировку установки и градуировку монохроматора .
Получить отчетливый спектр поглощения молекул йода и изучить его структуру.
Используя градуировочный график, найти в спектре поглощения йода полосу с длиной волны
= 548,3 нм с квантовым числом
=35.
Определить длины волн 5-7 полос поглощения йода, находящихся в окрестности
и занести соответствующие им значения частот в таблицу Деландра
На основании полученных данных рассчитать значения
,
,
,
и определить энергию диссоциации молекулы йода в возбужденном состоянии.
Теоретическое введение
Электронно-колебательные спектры поглощения или излучения молекул располагаются в видимой и ультрафиолетовой области и представляют собой совокупности полос. Полосы обычно имеют резкий край с одной стороны, называемый кантом полосы, и размытый – с другой. При регистрации такого спектра с помощью прибора с высокой разрешающей способностью обнаруживается колебательная структура электронной полосы, анализ которой позволяет определить ряд молекулярных параметров, характеризующих электронное и колебательное движения молекулы.
В данной работе исследуется спектр поглощения двухатомных молекул йода. Этот спектр находится в видимой области и представляет собой серию полос, сгущающихся по мере уменьшения длин волн.
Последовательное описание структуры электронно-колебательного спектра молекул дает квантовая механика. С квантово-механической точки зрения полная энергия молекулы в определенном стационарном состоянии выражается следующим образом:
,
(1)
где
- энергия электронного движения молекулы
(электронная энергия),
- энергия колебательного движения
молекулы (колебательная энергия),
- энергия вращательного движения молекулы
(вращательная энергия),
,
,
- энергии, учитывающие взаимное влияние
электронного и колебательного,
электронного и вращательного,
колебательного и вращательного видов
движения молекулы, соответственно.
Электронная, колебательная и вращательная энергии квантованы. Для двухатомной молекулы правило квантования колебательной энергии в ангармоническом приближении имеет вид:
,
(2)
где
- собственная частота колебания молекулы,
-силовая постоянная химической связи
молекулы,
-ее приведенная масса,
= 0,1,2,…. – колебательное квантовое число,
- параметр ангармоничности колебания.
Как видно из формулы
(2), с увеличением квантового числа
энергетическая разность между
колебательными уровнями уменьшается.
Квантование вращательной энергии двухатомной молекулы имеет вид:
,
(3)
где j = 0, 1, 2, 3…; – вращательное квантовое число, I – момент инерции молекулы.
При переходе из одного стационарного состояния в другое могут изменяться все составляющие части энергии молекулы энергия излучаемого или поглощаемого кванта света будет равна:
,
(4)
где один и два штриха, как принято в спектроскопии, относятся к верхнему и нижнему состояниям, соответственно.
Опыт и теория
показывают, что
.
В случае перехода молекул из одного
электронного состояния в другое, т.е. в
случае электронно-колебательных
переходов, не существует строгого
правила отбора для колебательного
квантового числа
,
и каждое колебательное состояние
верхнего электронного состояния может
комбинировать с каждым колебательным
состоянием нижнего электронного
состояния. Если учесть вращательные
переходы, то получим, что каждому
электронно-колебательному переходу
будет соответствовать полоса, состоящая
из большого числа близко расположенных
линий.
C учетом вышесказанного частота электронно-колебательного перехода в спектре поглощения (в пренебрежении вращательным движением) на основании формулы (4) определяется следующим образом:
,
(5)
где
определяет изменение электронной
энергии при данном переходе и определяет
нулевую линию полосы. Нулевая линия
каждой полосы соответствует переходу
Используя (2) и (5), получим, что частоты электронно-колебательных переходов в поглощении могут быть вычислены по формуле:
(6)
Здесь
,
- частоты собственных колебаний молекулы
в возбужденном
и основном
колебательных состояниях;
,
- параметры ангармоничности колебаний
в соответствующих состояниях молекулы.
При невысоких
температурах большая часть молекул
находится на нижнем колебательном
уровне основного состояния
.
Поэтому при поглощении соответствующих
квантов практически имеются только
переходы из нижнего колебательного
состояния
на различные колебательные уровни
верхнего электронного состояния
(см.
рисунок 1). Если величина колебательного
кванта в электронном состоянии невелика
или температура достаточно высока, то
часть молекул находится в возбужденном
состоянии
,
и поэтому при поглощении могут возникнуть
переходы и из первого возбужденного
колебательного состояния.
При интерпретации экспериментальных спектров сведения о структуре электронно-колебательной полосы молекулы сводятся в таблицу, называемую схемой Деландра. Она имеет вид таблицы, в которую занесены значения частот (волновых чисел) электронно-колебательных компонент полосы.
Определив
экспериментально частоты (волновые
числа ) электронно-колебательных
переходов в спектре поглощения и отнеся
их к поперечной серии в схеме Деландра
при
= 0, можно, пользуясь формулой (6), определить
характеристики молекулы
, а также
,
,
молекулы в возбужденном электронном
состоянии
.
Кроме того можно вычислить энергию
диссоциации
молекулы в верхнем состоянии, т.е. найти
максимальную колебательную энергию
молекулы в данном состоянии.
.
(7)
-
0
1
2
3
4
….
0
2
3
4
….
Порядок выполнения работы
Изучить оптическую схему и принцип работы установки.
Установить ртутную лампу ДРШ-250 перед монохроматором, включить ее и провести юстировку установки.
Пользуясь атласом спектральных линий ртути, провести градуировку монохроматора, построить градуировочный график.
Установить перед монохроматором лампу накаливания и кювету с кристаллическим йодом, включить подогрев кюветы. Получить отчетливый спектр поглощения молекул йода.
Используя градуировочный график, найти в спектре поглощения йода полосу с длиной волны = 548,3 нм с квантовым числом
=35.
Определить длины волн 5-7 полос поглощения йода, находящихся в окрестности и занести соответствующие им значения частот в таблицу Деландра
На основании полученных данных рассчитать значения , , , и определить энергию диссоциации молекулы йода в возбужденном состоянии.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК