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Schwingungs-Rotationsspektroskopie

hier kann man Fragen zur physikalischen Chemie stellen

Moderator: Chemiestudent.de Team

Gast

Schwingungs-Rotationsspektroskopie

Beitrag von Gast »

Hi,
ich hätte drei Fragen zur Spektroskopie:
1.)
Warum ist die Biegeschwingung im Kohlendioxid IR-aktiv. Ich weiss, dass es etwas mit einem Drehimpuls zu tun hat, aber wie ist das physikalisch richtig formuliert und was passiert da genau?
2.)
Was bedeutet es anschaulich und für das Spektrum, wenn man eine Schwingung mehrmals anregt?
3.)
Woher kommt die Auswahlregel, dass für die Schwingungsspektroskopie sich das Übergangsdipolmoment ändern muss und nicht nur ein Dipolmoment vorhanden sein muss. Ich habe das in Lehrbüchern (incl. dem Hollas) nicht wirklich gefunden.
Ich wäre für Hilfe sehr dankbar.
Schöne Grüße
Benedikt
vogelmann
Assi-Schreck
Assi-Schreck
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Beitrag von vogelmann »

1) Dabei ändert sich das Dipolmomoment --> Voraussetzung für IR-Aktivität. Die symmetrische Streckschwingung z.B. ist nicht IR-aktiv.

2) Steckst mehr Energie rein, folglich werden die Absorptionsbanden größer. Achja und ich bin mir nicht sicher aber es kann sein, dass die Schwingungen additiv eingehen. Z.B. eine bei 600 cm^-1 und eine zweite bei 1200 cm^-1 (obwohls 2 mal die gleiche Schwingung ist)

3) keine Ahnung ;) aber das permanente Dipolmoment ist Voraussetzung für Mikrowellenaktivität (also Rotationsanregung)
alpha
Moderator
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Hochschule: Lausanne: Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne

Beitrag von alpha »

IR-Strahlung regt ja die Schwingung von Dipolen an - EM-Wellen werden absorbiert... Aber EM-Wellen können nur von sich verändernden Dipolen absorbiert werden... Ich weiss gerade nicht, wie ich das umschreiben soll, das ist Physik...
Elektromagnetische Wellen wechselwirken ja mit den Ladungen, eine Energieübertragung von der Welle auf den Dipol findet nur dann statt wenn sich das Dipolmoment ändert, denn die Energie des Dipols kann über das Dipolmoment ausgedrückt werden...
Glaube, das nicht wirklich verständlich ausgedrückt zu haben...
Vielleicht hilft dir das hier weiter...

Grüsse
alpha
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Rocky Balboa
cyclobutan
Moderator
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Wohnort: Marburg

Beitrag von cyclobutan »

Hallo,
1.)
Warum ist die Biegeschwingung im Kohlendioxid IR-aktiv. Ich weiss, dass es etwas mit einem Drehimpuls zu tun hat, aber wie ist das physikalisch richtig formuliert und was passiert da genau?
Das hat mit dem Drehimpuls erstmal gar nichts zu tun. Richtig ist, wie oben geschrieben, dass sich das Dipolmoment des Moleküls bei der Schwingung ändert, und es dadurch mit dem elektrischen Feld der IR-Strahlung wechselwirken kann -> IR-aktiv
2.)
Was bedeutet es anschaulich und für das Spektrum, wenn man eine Schwingung mehrmals anregt?
Was verstehst Du unter "mehrfach anregen"? Wenn Du Übergänge meinst zuerst im ersten Schritt der Absorption eines Photons aus v=0 nach v=1, dann kann dieses Molekül innerhalb der Lebensdauer des angeregten Schwingungszustandes ein weiteres Photon absorbieren und den Übergang von v=1 nach v=2 vollziehen, bzw. auch stimuliert zurück in den Grundzustand emittieren. Dieser Prozess ist aber sehr unwahrscheinlich, da bei normaler Anregung nur ein winziger Bruchteil der Moleküle angeregt wird. Bei sehr starker resonanter Einstrahlung (mit einem Laser) kann es aber in der Tat zu soetwas kommen, bei dem man in der Folge dann ein nichtlineares Absorptionsverhalten und Sättigungseffekte sehen würde. Bei einem perfekt harmonischen Potential kann man die beiden Absorptionen nicht unterscheiden, sie ergeben eine Absorptionsbande bei genau der gleichen Wellenzahl, da das harmonische Potential ja äquidistante Energieniveaus bedeutet. In einem anharmonischen Potential kann man die Übergänge unterscheiden, denn da liegt der v=1 nach v=2 - Übergang rotverschoben. Allerdings gilt das gleiche Argument wie oben: Praktisch verschwindende Wahrschienlichkeit bi normaler Anregung in der IR-Spektroskopie. Anders ist es, wenn die Probe sehr heiß ist, und durch die Boltzmann-Verteilung ein beträchtlicher Teil der Moleküle bereits thermisch im v=1<- Zustand vorliegt. Dann seht man eine rotverschobene Bande als "hot band".

3.)
Woher kommt die Auswahlregel, dass für die Schwingungsspektroskopie sich das Übergangsdipolmoment ändern muss und nicht nur ein Dipolmoment vorhanden sein muss. Ich habe das in Lehrbüchern (incl. dem Hollas) nicht wirklich gefunden.
Wenn man sich das vereinfacht vorstellt, dann gilt das oben bereits geschriebene: Nur wenn sich das Diplomoment genau mit der gleichen Frequenz "bewegt", mittelt sich die Kraft die das Feld auf die getrennten Ladungen ausübt in der Zeit nicht heraus.

Quantenmechanisch richtig betrachtet sieht man in einer zeitabhängigen Betrachtung des Absorptionsvorganges, dass das Übergangsdipolmoment ungleich null sein muss. Das ist im Prinzip äquivalent zu der oberen Aussage.

Ich denke, das sollte im Hollas doch irgendwo schon erklärt werden? hab ihn gerade nicht da, werde aber mal ein Blick reinwerfen :)


Viele Grüße,
Cyclobutan
Quadratisch (naja fast), praktisch, ...
http://de.wikipedia.org/wiki/Cyclobutan
Gast

Beitrag von Gast »

Vielen Dank für die Antworten. Zu Frage 1 noch eine Bemerkung: Es ist richtig, dass die Biegeschwingung ein veränderndes Dipolmoment hat und IR-aktiv ist. Meine Frage war/ist, warum sie einen Q-Zweig hat, weil das ist nicht selbstverständlich.
Hallo Cyclobutan, zum Hollas: In dem kleinen deutschen Hollas wird auf S. 151 auf die Auswahlregeln für Vibrationsübergänge eingegangen. Hier wird das Übergangsmoment der Vibration und Auswahlregeln definiert aber die Dipolmomentänderung (!) als Auswahlregel finde ich dort nicht.
Schöne Grüße
Benedikt
Cabrinha
Assi-Schreck
Assi-Schreck
Beiträge: 554
Registriert: 09.06. 2003 17:41
Wohnort: Kiel

Beitrag von Cabrinha »

DAs mit dem Q-Zweig kommt nicht häufig vor, da (Delta)J=±1 ist. Soweit ich weiß, haben nur Edelgasmoleküle auch Übergänge mit (Delta)J=0
Was gibt es besseres, als aus virtuellen Zuständen harmonisch zu relaxieren...
Meo
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Beitrag von Meo »

Alle Radikale zum Beispiel weisen auch einen Q-Zweig auf, oder lieg ich da jetzt ganz falsch?

Gruss

Meo
"Um ein vollwertiges Mitglied einer Schafherde zu werden, muss man vorallem eines sein: Ein Schaf."

Albert Einstein
chemiestudent

Beitrag von chemiestudent »

die deformationsschwingung (oder wie du sie nennst, biegeschwingung) ist zweifach entartet. sie weißt deshalb einen q-zweig auf, weil die anregung der beiden entarteten (also energiegleichen) schwingungsmoden in ihrer kombination eine rotation des moleküls ergeben. dadurch kann der drehimpuls des photons auf die rotation des moleküls übertragen werden und muss nicht mehr über die änderung der rotationsquantenzahl abgeführt werden. passiert übrigens öfter bei senkrechtbanden (schwingungsbanden, bei denen sich das dipolmoment senkrecht zur molekülachse verändert, da diese die linearität von molekülen aufheben)
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