Обертоновая полоса

В колебательной спектроскопии обертонная полоса — это спектральная полоса, которая возникает в колебательном спектре молекулы, когда молекула переходит из основного состояния (v=0) во второе возбужденное состояние (v=2), где v — это колебательное квантовое число (неотрицательное целое число), полученное в результате решения уравнения Шрёдингера для молекулы.

Обычно для изучения колебательных спектров молекул предполагается, что колебания химических связей можно аппроксимировать как простые гармонические осцилляторы . Таким образом, квадратичный потенциал используется в уравнении Шредингера для определения собственных состояний колебательной энергии и их собственных значений.Эти энергетические состояния квантованы, то есть они могут принимать только некоторые « дискретные » значения энергии. Когда на образец воздействует электромагнитное излучение, молекулы могут поглощать энергию излучения и изменять свое колебательное энергетическое состояние. Однако молекулы могут поглощать энергию излучения только при определенном условии, а именно — должно происходить изменение электрического дипольного момента молекулы при ее колебании. Это изменение электрического дипольного момента молекулы приводит к тому, что переходный дипольный момент молекулы при переходе из более низкого энергетического состояния в более высокое становится ненулевым, что является существенным условием для любого перехода в колебательное состояние молекула (из-за правила выбора ).

Важно отметить, что в рамках простого гармонического приближения можно показать, что дипольный момент перехода отличен от нуля только для переходов, где ∆v=±1. Следовательно, для идеальной, просто-гармонически колеблющейся связи колебательный спектр не содержит обертонов.Конечно, реальные молекулы не колеблются совершенно гармонично, потому что потенциал связи не совсем квадратичен, а лучше аппроксимируется потенциалом Морзе . Решение уравнения Шредингера с потенциалом Морса для рассматриваемой молекулы дает собственные состояния колебательной энергии с интересным свойством: при расчете дипольных моментов перехода для различных переходов колебательных уровней энергии дипольный момент перехода не равен нулю для переходов, где ∆v=± обертонная полоса 2,±3,±4 и т. д. Таким образом, для реальных молекул разрешенными переходами являются те, для которых ∆v=±1,±2,±3,±4 и т.д. Наблюдаемая в ИК спектре представляет собой одну такой переход с ∆v=2, из энергетического состояния v=0 в v=2.

Экспериментально было обнаружено, что интенсивность обертоновой полосы очень низка по сравнению с основной полосой , что подтверждает гармоническое приближение.

См. также

• Спектроскопия ближнего инфракрасного диапазона

Ссылки

• CNBanwell и EMMcCash: Основы молекулярной спектроскопии, Тата МакГроу-Хилл, четвертое издание