3.4. Молекулярная спектроскопия в инфракрасном диапазоне (икс)

Молекулы имеют более сложное строение чем атомы, а поэтому их спектры очень специфичны и широко используются для идентификации веществ. Вследствие того, что инфракрасный спектр любого вещества характеризует это вещество однозначно, этот метод применяется для идентификации неизвестных веществ.

Если сообщить молекуле энергию (0,05…0,5) эВ, то в ней возбуждаются только колебательные и вращательные движения. Так как кол ›› вр , то такие спектры, лежащие в средней инфракрасной области, называют инфракрасный спектр: , : (4000…200) .

Валентные колебания

Деформационные колебания

Образование инфракрасных спектров связано с колебанием атомов в молекуле, которые подразделяются на валентные колебания (растяжение и сжатие химических связей) и деформационные колебания (изменение угла связей).

Инфракрасный спектр (рис. 3.6.)характеризуется двояко: длиной волны (или частотой) максимумов или минимумов и интенсивностью этих экстремумов. Обычно инфракрасный спектр записывается в процентах пропускания (I_t/I_o)∙100% или поглощения ∙100 %, где I_o - интенсивность падающего света, I_t - интенсивность прошедшего света.

Рис. 3.6. Инфракрасный спектр катионита КУ-2

3.4.1. Задачи, решаемые инфракрасной спектроскопией

Ниже перечислены основные задачи, решаемые инфракрасной спектроскопией:

• структура молекул (межатомные расстояния, валентные углы, силы связи);

• межмолекулярные связи (свободная и связанная вода);

• наличие кратных связей и функциональных групп;

• степень кристалличности, так как методом инфракрасной спектроскопии можно изучать аморфные вещества.

Кристаллические вещества имеют узкие полосы (слабые силы межмолекулярного взаимодействия). В стеклообразном состоянии полосы расширены, так как существует сильное межмолекулярное взаимодействие.

При исследовании строительных материалов методом инфракрасных спектров осуществляется идентификация фаз, устанавливается наличие примесей и их влияние на структуру материала, осуществляется контроль отверждения полимерных связующих, определяется изменение межмолекулярного взаимодействия. В области вяжущих веществ предметом исследования является механизм гидратационного твердения.

Несвязанная вода определяется по деформационным колебаниям при =1629 , а свободные и ассоциированные OH- группы по валентным колебаниям (полоса 3650 .

Инфракрасные спектры слоистых алюмосиликатов показывают замещение одних ионов на другие. Например, введение вместо вызывает смещение полос поглощения валентного колебания Si-O в сторону меньших частот. Также изменяются характеристики деформационных колебаний Si-O-Si.

Различные модификации кремнезема (кварц, тридимит, кристобалит) характеризуются различными спектрами поглощения.

Лабораторная работа № 7

Фотоэлектроколориметрическое определение Cu²⁺ в водном растворе