13.2 : ИК-спектроскопия: молекулярная вибрация - Обзор

Когда инфракрасное (ИК) излучение проходит через ковалентно связанную молекулу, связи переходят с более низких на более высокие колебательные уровни. Основные колебательные движения, которые приводят к поглощению инфракрасного излучения, можно классифицировать как растягивающие или изгибающие колебания.

Растягивающие колебания - это колебательные движения, которые происходят вдоль линии связи, изменяя длину связи или расстояние между двумя связанными атомами. Они также различаются как симметричные или асимметричные. При симметричном растяжении одновременная вибрация двух связей приводит к их одновременному удлиннению и сокращению. Напротив, асимметричное растяжение включает в себя движение одной связи в одном направлении, в то время как другая связь движется в противоположном направлении.

В отличие от растяжения, изгибающие колебания не происходят вдоль линии связи; вместо этого они изменяют угол связи. Изгибающие колебания можно разделить на изгиб в плоскости и вне плоскости. Изгибы в плоскости классифицируются как ножницы (симметричные) и качающиеся (асимметричные), в то время как изгибы вне плоскости классифицируются как скручивающие (симметричные) и виляющие (асимметричные).

Для нелинейных молекул общее число разрешенных фундаментальных колебаний определяется формулой 3n − 6, где n представляет собой число атомов. Напротив, линейные молекулы, такие как HBr, допускают только 3n − 5 фундаментальных колебаний. Для HBr возможен только один тип колебаний.

В ИК-спектроскопии частота, соответствующая возбуждению связей из основного состояния в возбужденное состояние с наименьшей энергией, называется фундаментальной частотой поглощения. Целые кратные фундаментальных частот поглощения называются обертонами. Любая физическая вибрация генерирует обертоны в молекуле. Полоса, полученная в результате слияния двух колебательных частот, которая активна в ИК-диапазоне, называется комбинационной полосой. Для сравнения, полоса, полученная из-за разницы между двумя полосами, называется разностной полосой. Кроме того, резонанс Ферми относится к связанным колебаниям, создаваемым взаимодействием основной полосы с обертонной или комбинационной полосой.