Vibrational motion & IR absorptionN

Vibrational motion & IR absorption
Natural oscillation frequency of a mechanical oscillator depends on:
a) mass of the object
b) force constant of the spring (bond)
The oscillation frequency is independent of the amount of energy imparted to the spring.

Classical vibrational frequency Two masses
Frequency of absorption of radiation can be predicted with a modified Hooke’s Law.

transitions
1
Ground vibrational state (n = 0) E0 =  hnclassical
2

3
First excited state (n = 1) E1 =  hnclassical
2
DE = hnclassical

Allowed transitions involve: Δ = ±1 only a single absorption frequency for each fundamental vibration (ΔE = h)

Vibrational Modes
Stretching - the rhythmic movement along a bond axis wit a subsequent increase and decrease in bond length.
ns not IR active, but nas, bend IR active

Vibrational Modes
Bending - a change in bond angle or movement of a group of atoms with respect to the rest of the molecule.

Vibrational coupling
In addition to the vibrations mentioned above, interaction between vibrations can occur (coupling) if the vibrating bonds are joined to a single, central atom shifts frequencies
Vibrational coupling is influenced by a number of factors;
(1) common atom in stretching modes
a common atom between the two vibrating bonds  strong coupling of stretching vibrations
(2) common bond in bending modes
a common bond between vibrating groups  coupling of bending vibrations
(3) common bond in bending+stretching modes
the stretching bond is one side of an angle varied by bending vibration  coupling between a stretching vibration and a bending vibration
(4) similar vibrational frequencies
the coupled groups have approximately equal energies  coupling is greatest

Instrumentation
Dispersive Grating IR Instruments:
-use a monochromator
Double beam system
Used primarily for qualitative analysis
Have largely been replaced by FT-IR instruments

Infrared spectra
may be obtained from samples in all phases (liquid, solid and gaseous).
Liquids: examined as a thin film sandwiched between two polished salt plates (note that glass absorbs infrared radiation, whereas NaCl is transparent).
If solvents are used to dissolve solids, care must be taken to avoid obscuring important spectral regions by solvent absorption. Perchlorinated solvents such as carbon tetrachloride, chloroform and tetrachloroethene are commonly used.
Solids may either be incorporated in a thin KBr disk, prepared under high pressure, or mixed with a little non-volatile liquid and ground to a paste (or mull) that is smeared between salt plates.

Instrumentation
Common sources
Nernst glower - heated rare earth oxide rod (lanthanide) with platinum leads (~1500 K) 1-10 μm
Globar - heated Silicon carbide rod with water cooled contacts to prevent arcing (~1500 K) 1-10 μm
Sample Cells:
Solids (particulates should be smaller than  IR)  -mix with KBr and press into a pellet OR grind with heavy hydrocarbon oil (Nujol®)

Vibrational Spectroscopy
The unique patterns of infrared spectra in the 1450 to 600 cm-1 region  often called the fingerprint region.
Absorption bands in the 4000 to 1450 cm-1 region are usually due to stretching vibrations of diatomic units  group frequency region.

Group Frequencies:

Results (Indonesian) 2:

Getaran gerak & penyerapan IR
frekuensi osilasi Alam dari osilator mekanik tergantung pada:
a) massa benda
b) memaksa konstan musim semi (bond)
Frekuensi osilasi independen dari jumlah energi disampaikan ke musim semi.

Frekuensi getaran klasik? Dua massa
Frekuensi penyerapan radiasi dapat diprediksi dengan Hukum Hooke dimodifikasi.

transisi
1
Tanah keadaan getaran (n = 0) E0 =  hnclassical
2

3
Pertama keadaan tereksitasi (n = 1) E1 =  hnclassical
2
DE = hnclassical

Diizinkan transisi melibatkan: Δ = ± 1 hanya frekuensi penyerapan tunggal untuk setiap getaran yang mendasar (ΔE = h)

Vibrational Mode
Peregangan - gerakan berirama sepanjang sumbu ikatan wit peningkatan berikutnya dan penurunan panjang ikatan.
Ns tidak IR aktif, tapi nas, IR tikungan aktif

Vibrational Mode
Bending - perubahan sudut ikatan atau gerakan dari kelompok atom sehubungan dengan sisa molekul.

Kopling getaran
Selain getaran yang disebutkan di atas, interaksi antara getaran dapat terjadi (coupling) jika obligasi bergetar bergabung ke satu, pergeseran atom pusat frekuensi
kopling vibrasi dipengaruhi oleh sejumlah faktor;
(1) atom umum dalam peregangan mode
atom umum antara obligasi dua bergetar  kopling kuat dari peregangan getaran
(2) obligasi umum dalam lentur mode
ikatan bersama antara kelompok bergetar  kopling lentur getaran
(3) ikatan bersama dalam lentur + peregangan mode
ikatan peregangan adalah salah satu sisi sudut bervariasi dengan menekuk getaran  coupling antara getaran peregangan dan getaran lentur
(4) frekuensi yang sama getaran
kelompok digabungkan memiliki energi kira-kira sama  kopling terbesar

Instrumentasi
dispersif Grating Instrumen IR:
-menggunakan a monokromator
sistem balok Double
Digunakan terutama untuk analisis kualitatif
Apakah sebagian besar telah digantikan oleh instrumen FT-IR

spektrum inframerah
dapat diperoleh dari sampel di semua fase (cair, padat dan gas).
Cairan: diperiksa sebagai film tipis diapit dua piring garam dipoles (perhatikan kaca yang menyerap radiasi infra merah, sedangkan NaCl adalah transparan).
Jika pelarut yang digunakan untuk melarutkan padatan, perawatan harus dilakukan untuk menghindari menutupi daerah spektral penting dengan penyerapan pelarut. Pelarut Perchlorinated seperti karbon tetraklorida, kloroform dan tetrachloroethene yang umum digunakan.
Padatan baik dapat dimasukkan dalam KBr disk yang tipis, disiapkan di bawah tekanan tinggi, atau dicampur dengan cairan non-volatile kecil dan tanah untuk pasta (atau memikirkan) yang dioleskan di antara pelat garam.

Instrumentasi
sumber umum
Nernst pandangan marah - dipanaskan batang bumi oksida jarang (lantanida) dengan platinum lead (~ 1500 K) 1-10 m
Globar - dipanaskan Silicon batang karbida dengan air didinginkan kontak untuk mencegah busur (~ 1500 K) 1-10 m
Sel Contoh :
padat (partikulat harus lebih kecil dari  IR)  -mix dengan KBr dan tekan ke dalam pelet atau menggiling dengan minyak hidrokarbon berat (Nujol®)

Vibrational Spektroskopi
pola unik dari spektrum inframerah di 1450-600 cm-1 wilayah  sering disebut daerah sidik jari.
Band penyerapan di 4000-1450 cm-1 daerah biasanya karena peregangan getaran dari unit diatomik  kelompok daerah frekuensi.

Frekuensi kelompok: