von cyclobutan » 30.04. 2006 18:57
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
Hallo,
[quote]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?
[/quote]
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
[quote]2.)
Was bedeutet es anschaulich und für das Spektrum, wenn man eine Schwingung mehrmals anregt?
[/quote]
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".
[quote]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.
[/quote]
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