Modern Fizika Labor. A mérés száma és címe: A mérés dátuma: Értékelés: Infravörös spektroszkópia. A beadás dátuma: A mérést végezte:

Átírás

1 Modern Fizika Labor A mérés dátuma: A mérés száma és címe: 12. Infravörös spektroszkópia Értékelés: A beadás dátuma: A mérést végezte: Orosz Katalin Tóth Bence 1

2 A mérés során egy olyan módszerrel ismerkedtünk meg, amely alkalmas különböző molekulák vizsgálatára. A vizsgálandó 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 vizsgáltuk. 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 CO 2 és H 2 O 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. Elméleti minimumhely Mért minimumhely

3 4000 1/cm /cm /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: kék piros 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, , , ,5 1601, ,5 1493, A kivastagított értékek azok, amelyeknél az elméleti értékhez volt értékelhető mért adatunk. 3

4 Ezeket a pontokat ábrázolva és rájuk az ax egyenest illesztve: 4000 ν elméleti (cm -1 ) 3500 f(x) "Ramon1.txt" a=(1,0008±0,0006) ν mért (cm -1 ) 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. Mért (1/cm) Korrigált (1/cm) Elméleti (1/cm) , , , ,

5 3. A HCl molekula spektrumát készen kaptuk meg. Itt a forgási kvantumszámokhoz tartozó hullámszámokat (cm -1 egységekben) ábrázoltuk, majd erre a+bx+cx 2 alakú parabolát illesztettünk, amiből meg lehetett határozni a bevezetésben felsorolt összes jellemző adatát a molekulának. ν (cm -1 ) Itt J és x is a forgási kvantumszámot jelöli. A parabola egyenlete, beírva a megfelelő molekulaadatok: ν (x)= ν 0 +(B1 +B 0 )x-(b 0 -B 1 )x 2 =2886,3+20,5x-0,3x 2 cm -1 Az illesztésből kapott adatok: ν 0 =a=(2886,3±0,6)cm -1 (B 1 +B 0 )=b=20,5±0,2cm -1 (B 0 -B 1 )=c=0,3±0,6cm -1 B 0 =10,4±0,4cm -1 B 1 =10,1±0,4cm -1 J 5

6 Mivel 1 B v =B e -α v + 2 v=1-et és v=2-t beírva: 1 α B 0 =B e -α 0 + =B e - =10,4cm α B 1 =B e -α 1 + =B e - =10,1cm A két egyenletből: α=(0,30±0,04)cm -1 B e =(10,6±0,4)cm -1 Az egyensúlyi magtávolság meghatározásához használt képlet: 2 h B e = 2 (2µre ) -1 hc M * M 1,00794 * 35,453 H Cl µ= = (M H + M Cl ) * 6*10 (1, ,453) *6*10 =1,633*10-27 kg r e =(1,28±0,02)*10-10 m Végül az erőállandó: k=4π 2 µν 2 =4π 2 µ ν 2 c 2 =(482,69±0,2)N/m 6