Dönme ve Titreşim Spektrumları
Mikrodalga bölgesindeki dönme spektrumları ve kızılötesi bölgedeki titreşim-dönme spektrumları, bir molekülün çekirdek hareketi seviyeleri arasındaki geçişlerden kaynaklanmakta olup, molekülün bağ uzunluklarını ve kuvvet sabitlerini ortaya koymaktadır.
Tanım
Dönme ve titreşim spektrumları, bir molekülün dönme seviyeleri (mikrodalga bölgesi) veya titreşim-dönme seviyeleri (kızılötesi bölge) arasındaki geçişlerle üretilen absorpsiyon veya emisyon spektrumlarıdır; bu geçişler, molekülün elektrik dipol momentini değiştirdiğinde gerçekleşebilmektedir.
Kapsam
Bu konu, mikrodalga bölgesindeki saf dönme spektroskopisini ve kızılötesi bölgedeki dönme-titreşim spektroskopisini kapsamaktadır: değişen bir dipol momenti gerektiren seçim kuralları, eşit aralıklı dönme çizgileri, bir titreşim-dönme bandının P, Q ve R dalları ile çizgi konumlarından dönme sabitlerinin, bağ uzunluklarının ve titreşim frekanslarının çıkarılması incelenmektedir. Hem diatomik hem de basit poliatomik moleküller ele alınmaktadır.
Temel sorular
- Saf dönme ve titreşim-dönme geçişlerini hangi seçim kuralları yönetmektedir?
- Dönme çizgileri mikrodalga bölgesinde neden neredeyse eşit aralıklarla görünmektedir?
- Bir kızılötesi bandın P, Q ve R dalları nelerdir?
- Bu spektrumlardan bağ uzunlukları ve kuvvet sabitleri nasıl elde edilmektedir?
Anahtar kavramlar
- Kalıcı dipol ve kızılötesi aktivite
- Dönme seçim kuralı ΔJ = ±1
- Dönme sabiti ve eylemsizlik momenti
- P, Q ve R dalları
- Titreşim temel ve aşırı tonları
- Bağ uzunluğu ve kuvvet sabiti tayini
Temel kuramlar
- Saf dönme spektrumları
- Kalıcı dipol momenti olan bir molekül, ΔJ = ±1 geçişlerinde mikrodalgaları absorbe ederek, aralıkları dönme sabitini ve dolayısıyla eylemsizlik momentini ve bağ uzunluğunu veren, neredeyse eşit aralıklı bir dizi çizgi üretmektedir.
- Titreşim-dönme bantları
- Kızılötesi-aktif bir titreşim, eş zamanlı dönme değişiklikleriyle birleştiğinde P (ΔJ = −1) ve R (ΔJ = +1) dallarına ve bazen bir Q dalına (ΔJ = 0) sahip bir bant üretmekte olup, buradan titreşim frekansı ve dönme sabitleri belirlenmektedir.
Klinik önem
Kızılötesi spektroskopisi, kimyada fonksiyonel grupları tanımlamak ve reaksiyonları izlemek için standart bir araç olup, mikrodalga spektroskopisi en hassas gaz fazı moleküler yapılarını sağlamaktadır. Her ikisi de atmosferik ve astrokimsasal uzaktan algılamada sera gazlarını ve eser gazları tespit etme ve nicelendirmede merkezi bir rol oynamaktadır.
Tarihçe
Kızılötesi bant spektrumları on dokuzuncu yüzyılda ölçülmüş, ancak kuantum mekaniğinin 1920'lerin sonlarında dönme ve titreşim seviye şemasını sağlamasından sonra anlaşılabilmiştir. İkinci Dünya Savaşı sırasında ve sonrasında mikrodalga tekniklerinin geliştirilmesi, saf dönme spektroskopisini moleküler geometrileri belirlemek için en doğru yöntem haline getirmiştir.
Öne çıkan isimler
- Gerhard Herzberg
- Harald Bethe
- David Dennison
İlgili konular
Temel eserler
- herzberg1950
- hollas2004
Sıkça sorulan sorular
- N₂ gibi homonükleer bir diatomik molekülün neden kızılötesi veya mikrodalga spektrumu yoktur?
- N₂'nin kalıcı bir dipol momenti bulunmamaktadır ve simetrik gerilmesi de bir dipol momenti oluşturmamaktadır; bu nedenle ne dönmesi ne de titreşimi dipol mekanizması aracılığıyla ışıkla etkileşime girebilmektedir. Ancak, Raman saçılması ile tespit edilebilmektedir.
- Dönme çizgilerinin aralığı neyi ifade etmektedir?
- Çizgiler, dönme sabitinin iki katı kadar aralıklı olup, bu sabit eylemsizlik momenti ile ters orantılıdır. Bu nedenle, aralığın ölçülmesi eylemsizlik momentini ve diatomik bir molekül için doğrudan bağ uzunluğunu vermektedir.