Spektra Rotasi dan Vibrasi

Spektra rotasi dalam gelombang mikro dan spektra vibrasi-rotasi dalam inframerah muncul dari transisi di antara tingkat gerak nuklir molekul dan mengungkapkan panjang ikatan serta konstanta gayanya.

Definition

Spektra rotasi dan vibrasi adalah spektra absorpsi atau emisi yang dihasilkan oleh transisi antara tingkat rotasi molekul (wilayah gelombang mikro) atau antara tingkat vibrasi-rotasi (wilayah inframerah), yang diizinkan ketika transisi mengubah momen dipol listrik molekul.

Scope

Topik ini mencakup spektroskopi rotasi murni di wilayah gelombang mikro dan spektroskopi rotasi-vibrasi di inframerah: aturan seleksi yang mensyaratkan perubahan momen dipol, garis-garis rotasi yang berjarak sama, cabang P, Q, dan R dari pita vibrasi-rotasi, dan ekstraksi konstanta rotasi, panjang ikatan, serta frekuensi vibrasi dari posisi garis. Ini membahas molekul diatomik dan poliatomik sederhana.

Core questions

• Aturan seleksi apa yang mengatur transisi rotasi murni dan vibrasi-rotasi?
• Mengapa garis-garis rotasi tampak berjarak hampir sama di wilayah gelombang mikro?
• Apa itu cabang P, Q, dan R dari pita inframerah?
• Bagaimana panjang ikatan dan konstanta gaya diperoleh dari spektra ini?

Key concepts

• Dipol permanen dan aktivitas inframerah
• Aturan seleksi rotasi ΔJ = ±1
• Konstanta rotasi dan momen inersia
• Cabang P, Q, dan R
• Fundamental vibrasi dan overtone
• Penentuan panjang ikatan dan konstanta gaya

Key theories

Spektra rotasi murni

Molekul dengan momen dipol permanen menyerap gelombang mikro dalam transisi dengan ΔJ = ±1, menghasilkan serangkaian garis yang berjarak hampir sama yang jaraknya memberikan konstanta rotasi dan karenanya momen inersia serta panjang ikatan.

Pita vibrasi-rotasi

Vibrasi aktif-inframerah yang dikombinasikan dengan perubahan rotasi simultan menghasilkan pita dengan cabang P (ΔJ = −1) dan R (ΔJ = +1), dan terkadang cabang Q (ΔJ = 0), dari mana frekuensi vibrasi dan konstanta rotasi ditentukan.

Clinical relevance

Spektroskopi inframerah adalah alat standar untuk mengidentifikasi gugus fungsional dan memantau reaksi dalam kimia, spektroskopi gelombang mikro memberikan struktur molekuler fase gas yang paling tepat, dan keduanya penting untuk mendeteksi serta mengukur gas rumah kaca dan gas jejak dalam penginderaan jauh atmosfer dan astrokemikal.

History

Spektra pita inframerah diukur pada abad kesembilan belas tetapi baru dipahami setelah mekanika kuantum menyediakan skema tingkat rotasi dan vibrasi pada akhir tahun 1920-an. Pengembangan teknik gelombang mikro selama dan setelah Perang Dunia Kedua mengubah spektroskopi rotasi murni menjadi metode paling akurat untuk menentukan geometri molekuler.

Key figures

• Gerhard Herzberg
• Harald Bethe
• David Dennison

Seminal works

• herzberg1950
• hollas2004

Frequently asked questions

Mengapa diatomik homonuklir seperti N₂ tidak memiliki spektrum inframerah atau gelombang mikro?

N₂ tidak memiliki momen dipol permanen, dan regangan simetrisnya tidak menciptakannya, sehingga baik rotasi maupun vibrasinya tidak dapat berinteraksi dengan cahaya melalui mekanisme dipol. Namun, ia dapat dideteksi oleh hamburan Raman.

Apa yang ditunjukkan oleh jarak antar garis rotasi?

Garis-garis tersebut berjarak dua kali konstanta rotasi, yang berbanding terbalik dengan momen inersia. Mengukur jarak tersebut karenanya menghasilkan momen inersia dan, untuk molekul diatomik, panjang ikatan secara langsung.