Vibrace skleníkových molekul Aneta Malá F4110 2013 Osnova ● Vibrace molekul ● Dělení kmitů ● Postup ● Skleníkové molekuly ● Oxid uhličitý ● Oxid dusný ● Voda ● Methan ● Ozon ● Shrnutí ● Použité zdroje Vibrace molekul ● Atomy v molekule konající periodický pohyb zatímco molekula jako celek koná konstantní translační či rotační pohyb. ● Vnitřní pohyby molekuly kolem rovnovážných poloh, těžiště molekul stojí. ● Malé kmity – vibrace ● Všechny atomy kmitají se stejnou frekvencí, konají harmonické kmity – normální vibrační módy molekuly ●Vibrace: 3n – 6 stupňů volnosti (-6= -3 rotace -3 translace) 3n – 5 (pro lineární molekuly) ● Frekvence tohoto periodického pohybu se označuje jako vibrační frekvence Dělení kmitů ● Délky vazeb se nemění, pouze jejich úhly: bending – změna úhlu mezi dvěma vazbami, rocking – změna úhlu mezi skupinou atomů wagging – změna v úhlu v rovině skupiny atomů, twisting – změna úhlu rovin dvou skupin atomů, torsion modes (nízké frekvence) ● Mění se délky vazeb: ● stretching modes (vysoké frekvence) Dělení normálních kmitů na podélné a příčné Postup ● Zjednodušená představa: atomy-kuličky, vazbypružiny: 3N homogenních rovnic pro 3N neznámých (řešení zahrnuje i rotace a translace, pro ně je vibrace rovna nule) – Určení frekvence vibračních módů – Poměr výchylek jednotlivých atomů pro danou vibraci – Přímý výpočet pro malé molekuly ● Grupy symetrie: – Molekuly lze rozdělit do skupin dle jejich symetrie a následně určit normální módy (využití tabulky charakterů reprezentace grupy symetrie) Skleníkové molekuly Přirozené: voda, oxid uhličitý, metan, oxid dusný, ozon Uměle vytvořené: oxid uhličitý, metan, ozon, oxid dusný, částečně a zcela fluorované uhlovodíky, fluorid sírový, tvrdé a měkké freony, halony, ... Absorbují a vyzařují v infračerveném pásmu. Jsou původci skleníkového efektu. planární lineární čtyřstěn lineární planární AB2 AB2 AB4 A2B A3 Oxid uhličitý 667 cm-1 1388 cm-1 ● 4 vibrační módy = 2 v1 + v2 + v3 ● 2 IR aktivní ● Má symetrii válce ● Grupa symetrie: D∞h 2349 cm-1 v1 v2 v3 Oxid dusný 1298,3 cm-1 596,3 cm-1 2282,2 cm-1 ● 4 vibrační módy (všechny IR aktivní) ● v1+2v2+v3 ● Podobný CO2, ale má menší symetrii ● Grupa symetrie: D∞v v1 v2 v3 Voda 1711,15 cm-1 3730,03 cm-1 3851,06 cm-1 ● 3 vibrační módy ● Rovinná molekula ● Grupa symetrie: C2v Ozon 1209,71 cm-1 856,78 cm-1 855,78 cm-1 ● 3 vibrační módy ● Rovinná molekula ● Podobné jako molekula vody Methan V1 = 1376 cm-1 V2 = 1598 cm-1 V3 = 3054 cm-1 V4 = 3167 cm-1 ● Nejjednodušší uhlíkovodík ● Čtyřstěnná molekula ● Grupa symetrie: Td ● 9 módů, pouze některé IR aktivní (tam, kde se hýbe vodík i uhlík – v1, v4) ● 3v1 + 2v2 + v3 + 3v4 1598 cm-1 http://www.chemtube3d.com/vibrationsCH4.htm Shrnutí ● Skleníkové molekuly přírodního původu jsou poměrně malé molekuly. ● IR aktivní jsou módy, kde se hýbou vůči sobě různé atomy (např. C-H u methanu). Použité zdroje ● Materiály k přednášce F4110 Kvantová fyzika atomárních soustav 2013 ● http://en.wikipedia.org/ ● http://www.chemtube3d.com/ ● http://artemis.osu.cz/mmfyz/am/am_6_5_1.htm ● http://www2.ess.ucla.edu/~schauble/molecular_vibrations.htm ● José Zúñiga, Adolfo Bastida, Alberto Requena, Theoretical calculations of vibrational frequencies and rotational constants of the N2O isotopomers, Journal of Molecular Spectroscopy, Volume 217, Issue 1, January 2003, Pages 43-58, ISSN 0022-2852, 10.1016/S0022-2852(02)00014-0. (http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0022285202000140) ● KREJČÍKOVÁ, Magdaléna. N-metylacetamid, vzorová molekula pro modelování vibrací aminokyselin [online]. [cit. 2013-06-12]. Bakalářská práce. Masarykova univerzita, Přírodovědecká fakulta. Vedoucí práce Dušan Hemzal. Dostupné z: Děkuji za pozornost.