13.2 : IR-Spektroskopie: Molekulare Schwingung – Übersicht

Wenn Infrarotstrahlung (IR) durch ein Molekül mit kovalenter Bindung geht, wechseln die Bindungen von niedrigeren zu höheren Schwingungsniveaus. Die grundlegenden Schwingungsbewegungen, die zur Absorption von Infrarotstrahlung führen, können als Streck- oder Biegeschwingungen klassifiziert werden.

Streckschwingungen sind Schwingungsbewegungen, die entlang der Bindungslinie auftreten und die Bindungslänge oder den Abstand zwischen zwei gebundenen Atomen verändern. Sie werden außerdem als symmetrisch oder asymmetrisch unterschieden. Bei der symmetrischen Streckung werden durch die gleichzeitige Schwingung zweier Bindungen beide Bindungen verlängert und zusammengezogen. Im Gegensatz dazu bewegt sich bei der asymmetrischen Dehnung eine Bindung in eine Richtung, während sich eine andere Bindung in die entgegengesetzte Richtung bewegt.

Im Gegensatz zur Streckung treten Biegeschwingungen nicht entlang der Bindungslinie auf, sondern verändern den Bindungswinkel. Biegeschwingungen können in Biegeschwingungen in der Ebene und außerhalb der Ebene unterteilt werden. Biegeschwingungen in der Ebene werden als Biegewingungen (symmetrisch) und Schaukelschwingungen (asymmetrisch) kategorisiert, während Biegeschwingungen außerhalb der Ebene als Drehungsschwingungen (symmetrisch) und Wippschwingungen (asymmetrisch) klassifiziert werden.

Bei nichtlinearen Molekülen ergibt sich die Gesamtzahl der zulässigen Grundschwingungen aus der Formel 3n − 6, wobei n die Anzahl der Atome darstellt. Im Gegensatz dazu sind bei linearen Molekülen wie HBr nur 3n − 5 Grundschwingungen zulässig. Bei HBr ist nur eine Schwingungsart möglich.

In der IR-Spektroskopie wird die Frequenz, die der Anregung von Bindungen vom Grundzustand in den angeregten Zustand mit der niedrigsten Energie entspricht, als fundamentale Absorptionsfrequenz bezeichnet. Die ganzzahligen Vielfachen der fundamentalen Absorptionsfrequenzen werden als Obertöne bezeichnet. Jede physikalische Schwingung erzeugt Obertöne in einem Molekül. Das Band, das durch die Kopplung zweier Schwingungsfrequenzen entsteht und IR-aktiv ist, wird als Kombinationsband bezeichnet. Im Vergleich dazu wird das Band, das sich aus der Differenz zwischen zwei Bändern ergibt, als Differenzband bezeichnet. Darüber hinaus bezieht sich Fermiresonanz auf die gekoppelte Schwingung, die durch die Wechselwirkung des Grundbandes mit dem Oberton- oder Kombinationsband entsteht.