Modern Fizika Labor
A mérés dátuma:
A mérés száma és címe:
Értékelés:
12. 2005.10.26. Infravörös spektroszkópia
A beadás dátuma: 2005.11.09.
A mérést végezte: Orosz Katalin Tóth Bence
1
A mérés során egy olyan módszerrel ismerkedtünk meg, amely alkalmas különböző molekulák vizsgálatára. A vizs gálandó anyagot infravörös fénnyel megvilágítva a molekulára, vagy atomcsoportra jellemző elnyelést tapasztalunk. Az elnyelt fény rezgési, illetve forgási átmeneteket gerjeszt, s az abszorpciós minimumok ismerete lehetőséget ad az adott molekula azonosítására. Az infravörös spektrométer a mintán áthaladó fényt detektálja, amit összehasonlít a referencia anyagon áthaladó fény intenzitásával. Az abszorpcióra a két intenzitás közötti különbség jellemző. A mérés első lépéseként megnéztük, hogy a levegőre milyen abszorpciós minimumok jellemzők, majd polisztirol minta spektrumát vizs gáltuk. Először kisebb, majd nagyobb felbontásban, amelyből meghatároztuk a korrekciós görbét. A későbbiekben mért C60 spektrum adatait már ez alapján korrigáltuk. A HCl spektrumot sajnos nem tudtuk lemérni, de a kapott spektrum alapján meghatároztuk a molekulára jellemző B 0 , B 1 , B e , α, r e értékeket. A mért spektrumok, amelyekből a későbbiekben számoltunk melléklet formájában megtekinthetők. Az 1. melléklet hátoldalán található, láthatóan 100% körüli áteresztést mutató spektrum a levegőre jellemző. A kicsi abszorpciós minimumok abból adódnak, hogy a két mintatartóban (tényleges, referencia) lévő levegő összetétele között különbség van, ezért például a CO2 és H2O elnyelési csúcsai jól láthatóak.
1.
A polisztirol mérésekor először egy kisebb felbontású mérést végeztünk, ahol jól látható az összes fontosabb abszorpciós csúcs. A csúcsok helyeit 1/cm spektroszkópiai hullámszám egységek formájában olvastuk le. A kapott elméleti értékeket összehasonlítottuk a mért értékekkel, ezt az alábbi táblázat mutatja.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
Elméleti minimumhely 3106 3084 3062 3028 3004 2925 2851 1946 1802 1603 1495 1154 1028 906 700
Mért minimumhely 3100 3080 3040 3016 2944 2870 1950 1808 1610 1502 1162 1040 916 714
2
4000 1/cm – 2000 1/cm 2000 1/cm – 400 1/cm
tartományok
Az 1. mellékleten láthatók a beazonosított csúcsokhoz tartozó elméleti értékek. A kék görbe a polisztirolhoz tartozó spektrum. A fenti táblázat csak áttekintő jellegű, hiszen a korrekciós függvényt a részletes, nagyobb felbontással mért spektrum alapján készítettük. A nagyobb felbontású spektrumok a 2. mellékleten láthatók: 3200 – 2800 kék 1700 – 1450 piros 1050 – 550 fekete A korrekcióhoz a mért – elméleti összefüggést, azaz az ábrázolt pontokra illesztett egyenes meredekségét határoztuk meg. Az egyenest az origón átmenőnek tekintettük, amely az illesztés során felhasznált egyenleten jól látszik. A felhasznált adatok és az illesztett egyenes: mért elméleti minimumhely 3104,4 3083 3061,6 3001 2852,2
1652,5 1601,5 1584,5 1493,3 1453 1020 898 832 751 744 692
3106 3084 3062 3028 3004 2925 2851 1946 1802 1603 1495 1154 1028 906
700
A kivastagított értékek azok, amelyeknél az elméleti értékhez volt értékelhető mért adatunk.
3
Ezeket a pontokat ábrázolva és rájuk az ax egyenest illesztve: 4000
f(x) "Ramon1.txt"
-1 ~ν elméleti (cm )
3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 0
500
1000
1500
2000
2500
3000
a=(1,0008±0,0006) A korrekciós függvény: y=1,0008*x
2.
Az 1. mellékleten látható piros spektrum a C60 fullerén molekula spektruma. Itt négy abszorpciós minimum látható. Az elméleti értékeket a csúcsok mellé is odaírtuk, illetve az alábbi táblázatban is megtalálhatók mind a leolvasott értékek mind azoknak az előző korrekciós függvénnyel korrigált értékük.
1. 2. 3. 4.
Mért (1/cm) 1452 1184 580 532
3500
-1 ~ν mért (cm )
Korrigált (1/cm) 1453,1616 1184,9472 580,4640 532,4256
Elméleti (1/cm) 1428 1182 577 527
4
3.
A HCl molekula spektrumát készen kaptuk meg. Itt a forgási kvantumszámokhoz tartozó hullámszámokat (cm-1 egységekben) ábrázoltuk, majd erre a+bx+cx2 alakú parabolát illesztettünk, amiből meg lehetett határozni a bevezetésben felsorolt összes jellemző adatát a molekulának.
~ν (cm-1)
J Itt J és x is a forgási kvantumszámot jelöli. A parabola egyenlete, beírva a megfelelő molekulaadatok: ~ν (x)= ~ν +(B +B )x-(B -B )x2=2886,3+20,5x-0,3x2 cm-1 1 0 0 1 0
Az illesztésből kapott adatok: ~ν =a=(2886,3± ±0,6)cm-1 0 (B1+B0)=b=20,5±0,2cm-1 (B0-B1)=c=0,3±0,6cm-1 B0=10,4± ±0,4cm-1 B1=10,1± ±0,4cm-1
5
Mivel 1 Bv=Be-α v + 2
v=1-et és v=2-t beírva: 1 α B0=Be-α 0 + =Be- =10,4cm-1 2 2 3α 1 B1=Be-α 1 + =Be- =10,1cm-1 2 2
A két egyenletből: α=(0,30± ±0,04)cm-1 Be=(10,6± ±0,4)cm-1
Az egyensúlyi magtávolság meghatározásához használt képlet: B e=
µ=
h2 (2µre2)-1 hc
M H * M Cl 1,00794 * 35,453 = =1,633*10-27kg 23 23 (M H + M Cl ) * 6 * 10 (1,00794 + 35,453) * 6 * 10
re=(1,28±0,02)*10-10m
Végül az erőállandó: k=4π2µν2=4π2µ ~ν 2 c2=(482,69±0,2)N/m
6
