Комбинационного рассеяния спектроскопия правила отбора

Колебательная спектроскопия включает также метод комбинационного рассеяния. Спектроскопия комбинационного рассеяния основана на явлении неупругого рассеяния света. Энергия рассеиваемого света отличается от энергии падающего света на величину, соответствующую энергии колебательного возбуждения. Взаимодействие между светом и колеблющейся молекулой зависит от ее поляризуемости. Соответствующий оператор, по которому определяется правило отбора, представляет собой оператор квадрупольного момента, включающий квадраты координат. Уравнение (4.25) определяет гейзенберговскую матрицу для (Х . Эта матрица имеет ненулевые элементы на диагонали и на расстоянии двух элементов от нее. На первый взгляд может показаться, что Ап должно быть равно 2, однако исследование матричных элементов показывает, что они зависят только от ненулевых элементов матрицы О. Поэтому правило отбора в спектроскопии комбинационного рассеяния, выраженное через Ап, в приближении гармонического осциллятора должно было бы совпадать с правилом отбора в спектроскопии инфракрасного поглощения. Однако в дальнейшем мы убедимся, что существуют налагаемые симметрией правила отбора, которые неодинаковы для инфракрасной спектроскопии и спектроскопии комбинационного рассеяния. [c.86]

Теорию групп также используют до проведения расчетов, чтобы знать, будет ли интеграл типа V бр. Vj Л, встречающийся в квантовой механике, отличаться от нуля. Такая информация важна для исследования в следующих областях правила отбора для электронных переходов, химические реакции, ИК-спектры, спектры комбинационного рассеяния и другие разделы спектроскопии. [c.225]

Инфракрасная спектроскопия и спектроскопия комбинационного рассеяния. Оба эти метода дают возможность установить характеристические частоты колебаний молекулы. Для большинства молекул полная совокупность колебательных частот может быть получена только при совместном использовании и ИК-спектра, и спектра КР. Это связано с различием интенсивности полос в этих спектрах для разных типов колебаний. Такое различие особенно велико у молекул, обладающих высокой симметрией. В этих случаях некоторые полосы в ИК-спектрах могут иметь коэффициент поглощения, близкий к нулю, а другие — сравнительно низкую интенсивность в спектре КР. Говоря более строго, симметрия молекулы может привести к появлению правил отбора. Для переходов в ИК-спектре и спектре КР они различны, так как интенсивность полосы в обоих случаях зависит от различных электрических свойств молекулы. Для ИК-переходов необходимо изменение дипольного момента при колебании, для переходов в спектре КР—изменение поляризуемости. Отсюда следует, что в двух спектрах одновременно могут проявиться лишь немногие частоты, и потому нужны оба спектра. [c.68]

Теория групп является разделом математики, который применяется к некоторым задачам, удовлетворяющим определенным требованиям. Есть много проблем, представляющих интерес для химика, к которым можно подойти с помощью этого метода. Сюда относятся описание молекулярных колебаний, классификация молекулярных электронных орбиталей, вывод правил отбора для переходов в инфракрасных спектрах и спектрах комбинационного рассеяния и электронных переходов, составление гибридных и молекулярных орбиталей, вывод расщеплений в кристаллическом поле и многочисленные другие применения. Мы изложим здесь вкратце основные понятия, необходимые для правильного использования таблиц характеров в спектроскопии. Более подробное изложение можно найти в книгах Коттона [2], Джаффе и Орчина [3]. [c.128]

В противоположность прямым методам, часто используемым в структурном анализе, таким, как рентгеноструктурный и электронографический, при помощи метода спектроскопии комбинационного рассеяния изучают преимущественно динамику решетки. А так как правила отбора для оптических переходов в конечном счете зависят от симметрии молекул и кристаллов, то этот метод может оказаться весьма полезным при установлении структуры кристаллов. В общем случае точное установление пространственной группы и межатомных расстояний для исследуемого кристалла невозможно, однако данные спектроскопии КР позволяют исключить некоторые структуры, а также выбрать одну структуру из двух возможных. Все сказанное особенно справедливо при сочетании метода комбинационного рассеяния с рентгеноструктурным анализом, так как атом водорода имеет очень небольшое сечение рассеяния рентгеновских лучей. Во всех случаях комбинационное рассеяние является источником ценной информации о силах межмолекулярного и внутримолекулярного взаимодействий, атомных и молекулярных движениях, а также о свойствах, которые непосредственно связаны с такими характеристиками твердых веществ, как удельная теплоемкость, пластичность, термическое расширение и теплопроводность. [c.355]

Спектроскопию комбинационного рассеяния рассматривают обычно как метод, дополняющий инфракрасную спектроскопию, поскольку правила отбора для переходов между колебательными и вращательными уровнями для рассеяния и инфракрасного поглощения оказываются различными. Даже в тех случаях, когда при отсутствии симметрии полосы могут проявляться в спектрах обоих типов, не существует прямой связи между интенсивностями поглощения и рассеяния. Если, например, какой-нибудь основной тон малоинтенсивен или перекрыт в спектре комбинационного рассеяния, он может быть идентифицирован с помощью ИК-спектра, и наоборот. Если требуется произвести отнесение всех колебательных частот, необходимо использовать оба метода. [c.9]

В случае реального кристалла также наблюдаются акустические и оптические ветви графика зависимости со( ). Причем для трехмерного кристалла наблюдаются три акустические ветви (соответствующие двум поперечным и одной продольной волнам) и разное число оптических ветвей. Схема расчета этих функций может быть близкой к рассмотренной для одномерного случая (в случае сложных кристаллов расчет o(i f) возможен только численными методами), однако ситуацию значительно усложняет неизвестность (или большая погрешность) набора силовых постоянных С. Экспериментальное определение (о д) возможно методами неупругого рассеяния на разные углы нейтронов или атомов веществом (см. подразд. 7.5), но разрешение этих методов недостаточно высокое. Методы рассеяния электромагнитных волн, обладая значительно большей разрешающей способностью, не позволяют наблюдать некоторые типы колебаний ( работают правила отбора). Кроме того, обычно применяемая для анализа колебательных состояний спектроскопия комбинационного рассеяния при использовании света видимой области позволяет наблюдать только ( )(д = 0) из-за малости импульса светового кванта. [c.95]

Основным теоретическим требованием является знание правил отбора, определяющих интенсивности различных колебательных полос в зависимости от симметрии молекулы, за которыми мы отсылаем читателя к различным работам по спектроскопии ком- национного рассеяния света и инфракрасной спектроскопии. Молекулы относительно высокой симметрии поддаются этой обработке опять-таки в большей степени, причем часто таким методом может быть исследовано явление изотопного обмена. Спектроскопические методы дают, таким образом, ощутимый вклад в решение основных проблем структурной органической химии. Напомним интересную работу Ингольда с сотрудниками, которые при изучении строения молекулы бензола привлекли большинство спектроскопических методик поглощение в инфракрасной и ультрафиолетовой областях, спектры комбинационного рассеяния света и спектры флюоресценции [169]. [c.170]

В спектроскопии комбинацноииого рассеяния правило отбора зависит от оператора электрического квадрупольного момента. Оператор квадру-польного момента преобразуется в группе 0(3) по представлению Покажите, что в спектроскопин вращательного комбинационного рассеяния для AJ должно выполняться правило отбора Д/ = 2. [c.76]

Установление колебательных правил отбора осуществляется обычным способом. Произведение представлений исходного и конечного состояний должно содержать в своем разложении представление оператора перехода. В случае колебаний исходным состоянием является основное состояние, обладающее симметрией гамильтониана для основного состояния. Оно должно быгь полносимметричным. Вывод правила отбора основывается на том, что разрешенный колебательный переход должен происходить в возбужденное колебательное состояние, которое обладает трансформационными свойствами какой-либо компоненты оператора перехода. Для обычного поглощения или испускания излучения (инфракрасная спектроскопия) речь идет о компонентах дипольного оператора. В группе С20 компоненты дипольного оператора преобразуются по представлениям Ль В1 или В2. Все эти типы симметрии колебаний молекулы воды отвечают разрешенным в инфракрасном спектре переходам. В спектроскопии комбинационного рассеяния оператором перехода является оператор поляризуемости, который преобразуется как квадрат дипольного оператора. Его компоненгы зависят от декартовых координат как х , г/ г , ху, хг и уг. Представления, по которым преобразуются эти компоненты, обычно тоже указываются в таблицах характеров. Для группы С20 имеются компоненты поляризуемости, которые преобразуются по каждому из ее пред-сгавлений. Следовательно, любой тип колебаний молекулы с [c.335]

Прежде всего сделаем попытку классифицировать методы в соответствии с тем, позволяют ли они получить сведения о геометрии и размерах молекул, т. е. о пространственном распределении ядер, или информацию о характеристиках связей, т. е. о пространственном и энергетическом распределении электронов. Конечно, во многих случаях один и тот же метод можно использовать для решения различных задач однако для обсуждения электронного строения молекул обычно требуется сначала построить какую-либо теоретическую модель, такую, например, как модель теории МО, в то время как определение равновесных положений ядер чаще всего основывается на соображениях симметрии или правилах отбора, не зависящих от какой-либо специальной модели. Например, дифракционные методы лишь очень редко используются для исследования распределения электронов, хотя в принципе это возможно, поскольку рассеяние падающих пучков, за исключением нейтронных пучков, происходит на электронах. Аналогичным образом с помощью спектроскопических методов, например ИК- или ЯМР-спектроско-пии, по числу наблюдаемых линий часто удается получить информацию, вполне достаточную для того, чтобы с помощью правил отбора с высокой степенью надежности опредатить форму молекулы. Однако сведения об электронных плотностях можно получить только при использовании теории, которая определяет пространственное распределение электронных оболочек более детально, чем это вытекает только из свойств симметрии. С другой стороны, мы часто не доверяем данным о размерах и симметрии молекулы, полученным с помощью только УФ-спектроскопии, если они не подтверждены результатами кристаллографических исследований или данными о колебаниях молекулы. Но даже и в том случае, когда такие подтверждения имеются, УФ-спектроскопия является в основном методом исследования электронного строения молекул. Отличительная особенность методов, чаще всего используемых для определения размеров и формы молекул, состоит в том, что они связаны с применением правил отбора, и по крайней мере в начальной стадии исследования такими методами не возникает необходимости измерять интенсивность переходов достаточно лишь установить предварительно, наблюдаются ли данные переходы или нет. Например, изучение и интерпретация данных об интенсивности в ИК-спектрах и спектрах комбинационного рассеяния представляют собой весьма трудную задачу. Тем не менее часто удается вполне однозначно определить геометрию молекулы просто с помощью анализа числа полос, проявляющихся в указанных спектрах, как это будет показано ниже на примере фторидов ксенона. [c.393]

На практике изучают спектры поглощения электромагнитного излучения с частотами, близкими к частотам колебаний атомов, — инфракрасный (ИК) диапазон (10—10000 сМ ), спектры неупругого (с рождением или уничтожением фонона) рассеяния электромагнитного излучения видимого или ультрафиолетового (УФ) диапазона (комбинационное, или рамановское, рассеяние), рентгеновского излучения или тепловых нейтронов. Инфракрасная спектроскопия и спектроскопия комбинационного рассеяния (КР) позволяют достичь максимального разрешения по энергиям, но из-за малого волнового числа первичного излучения дают информацию (если пренебречь многофононными эффектами, имеющими весьма малую интенсивность) только о колебательных состояниях вблизи центра зоны Бриллюэна (оптическим модам при квазиимпульсе, равном нулю). Кроме этого ограничения в обоих методах существуют правила отбора по симметрии ё спектрах поглощения (ИК спектрах) наблюдаются колебательные моды, характеризующиеся изменением дипольного момента, а в спектрах КР — колебания, при которых изменяется квадрупольный момент. Таким образом, эти две методики дополняют друг друга, и для получения более полной информации о колебательном спектре изучаемого вещества желательно иметь оба спектра. В то же время часть колебаний оказывается неактивной ни в ИК спектрах, ни в спектрах КР (так называемые немые моды). Применение для исследования колебательной структуры твердых тел неупругого рассеяния нейтронов лишено всех упомянутых выше ограничений, но в значительной степени ограничено существенно меньшим разрешением и необходимостью много большего количества вещества для проведения эксперимента. Так, спектры неупругого рассеяния нейтронов на различные углы позволяют, в принципе, определить дисперсионные кривые для всех колебательных мод. Однако низкое разрешение приводит к тому, что подобный анализ возможен лишь для относительно простых систем, а в большинстве случаев возможно рассмотрение только усредненного по всей зоне Бриллюэна суммарного спектра всех колебательных мод. [c.272]

Инфракрасные спектры поглощения и спектры комбинационного рассеяния света в пределах, определяемых правилами отбора, дают по существу одни и те же сведения о молекуле, а именно -колебательный спектр молекулы, находящейся в нормальном электронном состоянии (правила отбора определяют появление частоты соответствующего колебания только в том или ином спектре или в обоих сразу). Если задача эксперимента заключается в характеристике чистого вещества или смеси, содержащей большие количества всех компонентов, то могут использоваться обе методики и выбор одной из них определяется удобством и доступностью оборудования. Аппаратура для получения спектров комбинационного рассеяния света стоит значительно дешевле и проще в эксплуатации, чем инфракрасные спектрометры когда проводится исследование случайного образца (и если иметь в виду, что работы ведутся не часто, а требования к чувствительности анализа невысоки), то для исследования веществ, допускающих Освещение их видимым светом, следует предпочесть спектроскопию комбинационного рассеяния света. В тех же случаях, когда требуется высокая чувствительность анализа или предполагаются широкие масштабы аналитических работ с многочисленными и разнообразными веществами, необходимо отдать предпочтение большим преимуществам инфракрасной методики. Однако воз -можно, что с усовершенствованием автоматической фотоэлектрической регистрации спектроскопия комбинационного рассеяния света окажется, как метод анализа смесей, на одном уровне с инфракрасной и ультрафиолетовой спектроскопией. Описание аналитических методик спектроскопии комбинационного рассеяния света см. в работе Штамма [175а] и других [158а]. > [c.174]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология