2. ZH IV I.

Átírás

1 Fizikai kémia 2. ZH IV. kérdések I. félévtől Szükséges adatok és állandók: k=1, JK; c= 2, m/s; e= 1, C; h=6, Js; N A= 6, mol -1 ; me= 9, kg; mp= 1, kg; 1. Mi a spektroszkópia tárgya? 2. Mit jelent az, hogy az elektromágneses sugárzásban elektromos és mágneses tér terjed térben és időben? 3. Mik az elektromágneses sugárzás energiájára jellemző paraméterek? Hogyan függenek össze egymással? 4. Mi a periódusidő? 5. Mi a frekvencia? 6. Mi a hullámhossz? 7. Mi a hullámszám? 8. Mi a spektrum? 9. Mit nevezünk spektroszkópiai termnek? 10. Mit ad meg a Ritz-féle kombinációs elv? 11. Mi az állapotösszeg definiáló egyenlete csak nem elfajult energiaszintekkel rendelkező esetre? 12. Adja meg a Boltzman-eloszlást csak nem elfajult energiaszintekkel rendelkező rendszer esetére! 13. Mi az állapotösszeg definiáló egyenlete elfajult szintekkel is rendelkező esetre? 14. Adja meg a Boltzman-eloszlást elfajult energiaszintekkel is rendelkező rendszer esetére! 15. Milyen értelmezést adhatunk az állapotösszegnek? 16. Mely paraméterek jellemzik a spektrumsávot? 17. Miből származtatható a sáv maximumának a helye? 18. Mit nevezünk a sáv intenzitásának? 19. Mit nevezünk a sáv félértékszélességének? 20. Mi az FWHH? 21. Mi az indukált abszorpció? 22. Mi az indukált emisszió? 23. Mi a spontán emisszió? 24. Mitől függ a spontán emisszió Einstein-féle átmeneti valószínűsége? 25. Hogyan befolyásolja a színképsávok intenzitását az alap és a gerjesztett állapot betöltöttsége? 26. Milyen összefüggés van az energia és az idő bizonytalansága között a kvantummechanika szerint?

2 27. Milyen összefüggés van a spektrumsáv félértékszélessége és a gerjesztett állapot átlagos élettartama között? 28. Miért véges szélességűek a színképvonalak? 29. Mit nevezünk természetes vonalszélességnek? 30. Mi a feltétele annak, hogy egy fotont el tudjon nyelni egy részecske? 31. Mit nevezünk általános kiválasztási szabálynak elnyelési színkép keletkezésekor? 32. Adja meg a Lambert-Beer-törvény legáltalánosabb alakját! (Az egyes betűk jelentését is definiálja!) 33. Mi a moláris abszorbancia? Mitől függ? 34. Definiálja az integrált abszorpciós együtthatót! (Az egyes betűk jelentését is adja meg!) 35. Hogyan függ össze az indukált abszorpció és emisszió Einstein-féle átmeneti valószínűsége az elnyelési színkép általános kiválasztási szabályával? (A kifejezésben lévő konstansokat nem kell külön-külön megadni!) 36. Mit nevezünk speciális kiválasztási szabályoknak? 37. A molekulákat elektromos erőtérbe helyezve, hogyan változik azok töltéseloszlása? 38. Mely molekuláris tulajdonság szabja meg az elektromos tér vagy töltés hatásának eredményét egy molekula esetében? 39. Definiálja a polarizálhatóságot egy molekulára! Milyen mennyiség, és miért? 40. Mi a relatív permittivitás (dielektromos állandó)? 41. Mit mond ki a Clausius-Mosotti egyenlet? (Az állandókat egy C konstanssal jelölje!) 42. Mit mond ki a Debye-egyenlet? (Az állandókat egy C konstanssal jelölje!) 43. Mi a moláris polarizáció? 44. Hogyan mérjük a molekulák dipólusmomentumát? Mely tulajdonság az, amit közvetlenül tudunk mérni? Ebből hogyan számítható a dipólusmomentum és a polarizálhatóság? 45. Mely részhozzájárulásokból tevődik össze a molekulák polarizációja elektromos térben? 46. Milyen hatással van a mérési frekvencia változása a molekulák polarizációjára? Mire lehet ezt felhasználni? 47. Mit használhatunk váltóáram helyett a molekulák polarizálhatóságának a mérésére? 48. Mi a moláris refrakció? 49. Mi a következménye annak, hogy a molekulák között fellépnek a London-féle erők? 50. Milyen következményekkel járna a másodlagos kötőerők hiánya? 51. Hogyan függ egy n-szeres és egy m-szeres multipólus között kölcsönhatásából fellépő potenciális energia a köztük lévő távolságtól? (Az állandókat egy C konstanssal jelölje!) 52. Milyen alakú a molekulák közötti eredő kölcsönhatást leíró Lennard-Jones-féle potenciál? Az eredő potenciálgörbe mely paraméterei határozzák meg az adott anyag sűrűségét, párolgási hőjét, illetve gőznyomását? 53. A vizsgált részecskék minősége szerint hogyan csoportosíthatjuk az optikai színképeket? 54. A kvantált mozgásforma szerint hogyan csoportosíthatjuk az optikai színképeket?

3 55. A mért fotonok származása szerint milyen módon tudjuk felvenni a molekulák rezgési, ill. forgási színképeit? 56. Rajzolja fel az elnyelési színkép felvételének elvi elrendezését! 57. Rajzolja fel az emissziós színkép felvételének elvi elrendezését! 58. Rajzolja fel a reflexiós színkép felvételének elvi elrendezését! 59. Rajzolja fel a Raman kísérlet elvi elrendezését! 60. Mi a Raman-effektus lényege? 61. Mit nevezünk általános kiválasztási szabálynak Raman színkép keletkezésekor? 62. Rajzolja fel egy hagyományos/diszperziós spektrométer vázlatos elrendezését! Nevezze meg az egyes alkatrészeket! 63. Ismertesse a hagyományos/diszperziós spektrométer működését, jellemezze tulajdonságait! 64. Mitől függ a hagyományos/diszperziós spektrométer optikai felbontása? 65. Mi a szerepe az ún. résprogramnak? 66. Rajzolja fel egy Fourier-transzformációs/interferometrikus spektrométer vázlatos elrendezését! Nevezze meg az egyes alkatrészeket! 67. Ismertesse a Fourier-transzformációs/interferometrikus spektrométer működését, jellemezze tulajdonságait! 68. A Fourier-transzformációs/interferometrikus mérési elv mely következményei vezetnek jel/zaj viszony javuláshoz a mért színképben? 69. Mit jelent az, hogy a Fourier-transzformációs/interferometrikus spektrométerrel mért jel multiplex? 70. Mi az interferogram? Miből tevődik össze? 71. Mitől függ a Fourier-transzformációs/interferometrikus spektrum optikai felbontása? 72. Mihez van kalibrálva a Fourier-transzformációs/interferometrikus spektrum x-tengelye? 73. Számítsa ki a hidrogénatom színképében, az ultraibolya (UV)-tartományban található (Lyman) sorozat legnagyobb hullámhossz értékét! A hidrogénatom Rydberg-állandója cm -1. (121,6 nm) 74. Számítsa ki a hidrogénatom színképében, az infravörös (IR)-tartományban található (Paschen) sorozat legrövidebb hullámhossz értékét! A hidrogénatom Rydberg-állandója cm -1. (820,6 nm) 75. Számítsa ki a hidrogénatom látható tartományba (VIS) eső (Balmer) sorozatában az n2=4-hez tartozó vonal hullámhosszát! A hidrogénatom Rydberg-állandója cm -1. (486,3 nm) 76. A hidrogénatom emissziós spektrumának az infravörös tartományába eső (Paschen) sorozatában az egyik vonal frekvenciája 2, Hz. Számítsa ki az átmenethez tartozó magasabb energiájú állapot főkvantumszámát! A hidrogénatom Rydberg-állandója cm -1. (n2=6) 77. A hidrogénatom egyik termje cm -1 -nél van. Melyik főkvantumszámú állapothoz tartozik? Melyik az a term amelyikkel kombinálva 486,1 nm hullámhosszú fényt kapunk? A hidrogénatom Rydberg-állandója cm -1. (n1=2, n2=4)

4 78. Írja fel egy kétatomos molekula forgási energiáját megadó összefüggést. (A kifejezésben szereplő 79. Adja meg egy kétatomos molekula forgási termkifejezését! (A kifejezésben szereplő 80. Definiálja a kétatomos molekula redukált tömegét! 81. Definiálja a kétatomos molekula tehetetlenségi nyomatékát! (A kifejezésben szereplő 82. Definiálja egy kétatomos molekula forgási állandóját? (A kifejezésben szereplő 83. A molekula mely fizikai paraméterei befolyásolják a kétatomos molekula forgási energiáját és hogyan? 84. Mi a feltétele annak, hogy egy kétatomos molekulának legyen tiszta forgási elnyelési színképe? 85. Lehetséges-e, hogy egy kétatomos molekulának ne legyen tiszta forgási Raman színképe? (Állítását indokolja!) 86. Az ábrán látható molekulának van-e tiszta forgási elnyelési színképe is vagy csak forgási Raman színképe? (Az ábra egy molekula térábráját tartalmazza.) 87. Mi a lineáris molekulákra érvényes kiválasztási szabály a molekula tiszta forgási elnyelési illetve Raman színképére? 88. Egy kétatomos molekula forgási termje, és a kiválasztási szabály ismeretében szerkessze meg a molekula forgási termdiagramját és az elnyelési színképét. (Legalább az első öt sávot jelölje. A színképvonalak relatív 89. Egy kétatomos molekula forgási termje, és a kiválasztási szabály ismeretében szerkessze meg a molekula forgási termdiagramját és a Raman színképének Stokes ágát. (Legalább az első három vonalat jelölje. A színképvonalak relatív 90. A kétatomos molekula forgási termje, és a kiválasztási szabály ismeretében szerkessze meg a molekula forgási termdiagramját és a Raman színképének anti-stokes ágát. (Legalább az első hat vonalat jelölje. A színképvonalak relatív 91. A 1 H2 + molekulaion egyensúlyi kötéstávolsága alapállapotban a számítások szerint 106 pm. Milyen messze lennének a színképvonalak a forgási Raman színképében? (120 cm -1 ) 92. A 1 H 127 I molekula forgási elnyelési színképében a vonalak távolsága 13 cm -1. Mekkora a H-I kötés hossza? (161,7 pm) 93. Mit jelent az, hogy egy molekula gömbi pörgettyű? 94. Mit jelent az, hogy egy molekula szimmetrikus, pörgettyű? 95. Mit jelent az, hogy egy molekula lineáris pörgettyű? 96. Mit jelent az, hogy egy molekula aszimmetrikus pörgettyű? 97. Adja meg a Boltzman-eloszlásnak a forgási állapotokra vonatkozó alakját! 98. Adja meg a forgási állapotösszeget! 99. A forgási állapotösszeg segítségével számítsa ki, hogy hány forgási állapot rendelkezik számottevő betöltöttséggel, ha Br2 molekula forgási állandója B= 0,081 cm -1, és a hőmérséklet 30 K. (qr=128,7 azaz 129 szint)

5 100. Számítsa ki, hogy a HBr molekulák hány százaléka van a forgási alap-és a harmadik gerjesztett állapotban, ha B=8,5 cm -1, és a hőmérséklet 290 K. (p(0)=4,22%; p(3)=17,80%) 101. Írja fel egy kétatomos molekula rezgési energiáját megadó, a harmonikus oszcillátor modellen alapuló, összefüggést! (A kifejezésben szereplő 102. Adja meg a rezgési termkifejezést a harmonikus oszcillátor modell alapján! (A kifejezésben szereplő 103. Adja meg egy kétatomos molekula rezgési állandóját! (A kifejezésben szereplő 104. Egy kétatomos molekula mely fizikai paramétereitől és hogyan függ a molekula rezgési energiája? 105. Rajzolja fel a harmonikus oszcillátor modell alapján egy kétatomos molekula potenciálgörbéjét, és rajzolja bele a v=0 állapot rezgési hullámfüggvényét! (A kvantumszám változhat!) 106. A rezgési hullámfüggvények alapján hol tartózkodik a v=0 rezgési állapotú molekula a legnagyobb valószínűséggel? (A kvantumszám változhat!) 107. A kétatomos molekula rezgési termkifejezése, és a kiválasztási szabály ismeretében szerkessze meg a molekula rezgési termdiagramját és az annak megfelelő tiszta rezgési elnyelési színképét.(a színképvonalak relatív 108. A kétatomos molekula rezgési termkifejezésee, és a kiválasztási szabály ismeretében szerkessze meg a molekula rezgési termdiagramját és az annak megfelelő tiszta rezgési Raman színképének Stokes és anti-stokes tartományát.(a színképvonalak relatív intenzitását nem kell jelezni.) 109. Miért tér el a Raman-színképek Stokes-és anti-stokes-ágában a megfelelő sávok intenzitása? 110. Adja meg a Boltzman-eloszlásnak a rezgési állapotokra vonatkozó alakját! 111. Adja meg a rezgési állapotösszeget! 112. A rezgési állapotösszeg segítségével számítsa ki, hogy hány rezgési állapot rendelkezik számottevő betöltöttséggel, ha a lineáris molekula klasszikus rezgési hullámszáma 1400 cm -1 és a hőmérséklet 1500 K. (qv=1,35 azaz szinte csak az alapállapot, kevés van az első gerjesztett állapotban!) 113. Számítsa ki, hogy az O2 molekulák hány százaléka van alap- és hány százaléka van az első gerjesztett állapotban, ha a klasszikus rezgési frekvencia 2991 cm -1, és a hőmérséklet 1800 K. (p(0)=90,84%; p(1)=8,32%) 114. Mekkora az 14 N2 molekulában a kötés erőállandója, ha a molekula Raman spektrumában 2358 cm -1 Raman eltolódásnál egy erős Q-ág található? (2292 N/m) 115. A 1 H2 + molekulaion kötési erőállandója a számítások szerint 160 N/m. Mekkora Raman eltolódásnál várható a rezgésére jellemző Q-ág? (2330,5cm -1 ) 116. Az 1 H2 molekula rezgési Raman színképében 4400,39 cm -1 Raman eltolódásnál található a rezgésre jellemző Q-ág. Mely frekvenciánál várható a megfelelő rezgés a 2 H2 molekula esetében? (3111,55 cm -1 ) 117. A sósav rezgési-forgási elnyelési színképe miért tartalmaz két, eltérő forgási állandójú színképet? 118. A szénmonoxid rezgési forgási elnyelési színképében miért nem teljesen azonosak, az egyes

6 ágakban a szomszédos sávok távolsága? 119. Kétatomos molekulák rezgési-forgási színképében (elnyelési és Raman) mikor jelenik meg az ún. Q-ág? 120. Többatomos molekulák rezgési-forgási elnyelési színképében mely normálrezgések esetében jelenik meg az ún. Q-ág? 121. Szerkessze meg egy kétatomos molekula rezgési-forgási termdiagramját v=0 illetve v=1 szabály alapján szerkessze meg az elnyelési színkép P-ágát. Éljen azzal a feltételezéssel, hogy a rotációs konstans mindkét rezgési állapotban azonos. (A színképvonalak relatív 122. Szerkessze meg egy kétatomos molekula rezgési-forgási termdiagramját v=0 illetve v=1 szabály alapján szerkessze meg az elnyelési színkép R-ágát. Éljen azzal a feltételezéssel, hogy a rotációs konstans mindkét rezgési állapotban azonos. (A színképvonalak relatív 123. Szerkessze meg egy kétatomos molekula rezgési-forgási termdiagramját v=0 illetve v=1 szabály alapján szerkessze meg a Raman színkép O-ágát. Éljen azzal a feltételezéssel, hogy a rotációs konstans mindkét rezgési állapotban azonos. (A színképvonalak relatív 124. Szerkessze meg egy kétatomos molekula rezgési-forgási termdiagramját v=0 illetve v=1 szabály alapján szerkessze meg a Raman színkép Q-ágát. Éljen azzal a feltételezéssel, hogy a rotációs konstans mindkét rezgési állapotban azonos. (A színképvonalak relatív 125. Szerkessze meg egy kétatomos molekula rezgési-forgási termdiagramját v=0 illetve v=1 szabály alapján szerkessze meg a Raman színkép S-ágát. Éljen azzal a feltételezéssel, hogy a rotációs konstans mindkét rezgési állapotban azonos. (A színképvonalak relatív intenzitását nem kell jelezni.) 126. Hány normálrezgése van egy N-atomos molekulának. (Röviden indokolja!) 127. Miért van csak két forgási szabadsági foka a lineáris molekuláknak? 128. Milyen megfontolások alapján lehet felírni a rezgési szekuláris egyenletrendszert? 129. Mely lépéseken keresztül határozható meg, a pontcsoportok elmélete segítségével, hogy egy molekula tiszta rezgési elnyelési illetve Raman színképében hány sáv jelenik meg? 130. A csoportelmélet alapján mi a feltétele annak, hogy egy adott irreducibilis reprezentációhoz tartozó normálrezgés infravörös aktív legyen? 131. A csoportelmélet alapján mi a feltétele annak, hogy egy adott irreducibilis reprezentációhoz tartozó normálrezgés Raman aktív legyen? 132. Hány színképsáv várható a mellékelt ábrán látható CHCl3-molekula infravörös és Raman színképében? Hány sáv található ugyanannál a hullámszámnál a két színképben? (A molekula változhat, a mellékelt karaktertáblák közt megtalálható a molekula szimmetriájának megfelelő is.) 133. Miért kedvezőbb a rezgési probléma megoldása belső koordinátákban?

7 134. Milyen belső koordinátatípusok deformációjának kombinációival írhatók le a molekulák rezgései (normálkoordinátái)? 135. Rajzoljon fel egy vegyértéknyújtási koordinátát! (Adja meg az egyes atomok 136. Rajzoljon fel egy szögdeformációs koordinátát! (Adja meg az egyes atomok 137. Rajzoljon fel egy síkdeformációs koordinátát! (Adja meg az egyes atomok 138. Rajzoljon fel egy diéderes szögdeformációs koordinátát! (Adja meg az egyes atomok 139. Hogyan viszonyulnak egymáshoz, az egyes típusú belső koordináta deformációk erőállandói? 140. Adja meg a belső koordináták deformációján bázisán megadott rezgési szekuláris egyenletrendszer számítógépes kiértékelésre alkalmas mátrixalakját! Minek az analógjai az egyes mátrixok? 141. Milyen bázison, és mely lépéseken keresztül határozható meg az, hogy bizonyos színképtartományokban hány, sáv jelenik meg egy adott molekula esetében? 142. Hány színképsáv várható az CHCl3-molekula infravörös és Raman színképében a C-Cl vegyértékrezgési tartományban? Hány sáv található ugyanannál a hullámszámnál a két színképben? (A molekula, és a tartomány változhat, a mellékelt karaktertáblák közt megtalálható a molekula szimmetriájának megfelelő is.) 143. Megkülönböztethető-e a síkalkatú cisz-, és a transz-platin [Pt(NH3)2Cl2] a rezgési színképeik Pt-Cl vegyértéknyújtási tartományaik alapján? Állítását indokolja! (A molekula változhat!) 144. Milyen kísérlettel lehet azonosítani a folyadék halmazállapotban lévő vagy oldott molekulák Raman színképében a teljesen szimmetrikus reprezentációhoz tartozó rezgéseket? 145. Miért lehetnek bizonyos belső koordináták dominánsak a különböző normálrezgésekben? 146. Mi a feltétele annak, hogy két, vagy több belső koordináta csoportrezgésekben egyesüljenek? 147. Melyik az infravörös színképek legalkalmasabb tartománya arra, hogy bizonyos csoportok jelenlétét valószínűsítsük? Milyen sávok kerülhetnek ebbe a tartományba? Melyik, milyen okból?