13.2 : Spektroskopia IR: Drgania molekularne — przegląd

Kiedy promieniowanie podczerwone (IR) przechodzi przez cząsteczkę związaną kowalencyjnie, wiązania przechodzą z niższych do wyższych poziomów drgań. Podstawowe ruchy drgań, które prowadzą do absorpcji w podczerwieni, można sklasyfikować jako drgania rozciągające lub zginające.

Drgania rozciągające to ruchy drgające występujące wzdłuż linii wiązania, zmieniające długość wiązania lub odległość między dwoma związanymi atomami. Są one dalej rozróżniane jako symetryczne lub asymetryczne. W rozciąganiu symetrycznym jednoczesne drgania dwóch wiązań wydłużają się i kurczą razem. Natomiast rozciąganie asymetryczne obejmuje ruch jednego wiązania w jednym kierunku, podczas gdy inne wiązanie porusza się w kierunku przeciwnym.

W przeciwieństwie do rozciągania, drgania zginające nie występują wzdłuż linii wiązania; zamiast tego zmieniają kąt wiązania. Drgania zginające można podzielić na zginanie w płaszczyźnie i poza płaszczyzną. Drgania zginające w płaszczyźnie są klasyfikowane jako nożycowe (symetryczne) i kołyszące (asymetryczne), podczas gdy zginanie poza płaszczyzną jest klasyfikowane jako skręcające (symetryczne) i kołyszące (asymetryczne).

W przypadku cząsteczek nieliniowych całkowita liczba dozwolonych drgań podstawowych jest podana wzorem 3n − 6, gdzie n oznacza liczbę atomów. Natomiast cząsteczki liniowe, takie jak HBr, dopuszczają tylko 3n − 5 drgań podstawowych. W przypadku HBr możliwy jest tylko jeden rodzaj drgań.

W spektroskopii IR częstotliwość odpowiadająca wzbudzeniu wiązań z stanu podstawowego do najniższego stanu wzbudzonego nazywana jest podstawową częstotliwością absorpcji. Całkowite wielokrotności podstawowych częstotliwości absorpcji nazywane są harmonicznymi. Każde fizyczne drganie generuje harmoniczne w cząsteczce. Pasmo powstałe w wyniku połączenia dwóch częstotliwości drgań, które jest aktywne w IR, nazywane jest pasmem kombinacyjnym. Natomiast pasmo wynikające z różnicy między dwoma pasmami nazywane jest pasmem różnicy. Dodatkowo, rezonans Fermiego odnosi się do sprzężonego drgania powstałego w wyniku interakcji pasma podstawowego z harmoniczną lub pasmem kombinacyjnym.