KÉMIAI ANYAGSZERKEZETTAN

Átírás

1 KÉMIAI ANYAGSZERKEZETTAN (Ábragyűjtemény) / tanév

2 /. BEVEZETÉS.. ábra. A Fraunhofer-vonalak a Nap színképében Minta omorú holografikus rács Rések Fényforrás Fotódiódatömb.. ábra. Egyutas UV-látható abszorpciós spektrométer

3 / N 5 N O + N lo4 -,5 Abszorbancia,5, ullámhossz (nm).. ábra. Oxazin- festék UV-látható abszorpciós színképe ν[z] rádióhullámú mikrohullámú infravörös látható ultraibolya röntgen OPTIKAI SPEKTROSZKÓPIA (molekulák gerjesztése) gamma NMR SPEKTROSZKÓPIA (magok gerjesztése) FOTOELEKTRON SPEKTROSZKÓPIA (molekulák ionizálása) MÖSSBAUER SPEKTROSZKÓPIA (magok gerjesztése).4. ábra. Az elektromágneses sugárzás tartományai

4 /. A IDROGÉNATOM SZERKEZETE z r ϑ P ϕ y x.. ábra. A Descartes- és a polárkoordinátarendszer kapcsolata.. táblázat A hidrogénatom komplex hullámfüggvényei a h = m e e ρ = r a ρ ρ a iϕ = a (6ρ ρ ) e sinυe = e π = a ( ρ e 4 π ρ ) ρ = a ρe 4 π = 8 ρ a ρe π ρ a ρe cosυ sinυe iϕ iϕ = sinυe 8 π = a (7 8ρ + ρ e 8 π ρ ) ρ = a (6ρ ρ ) e 8 π cosυ 8 π ρ a (6ρ ρ ) e = sinυe 8 π ρ = a ρ e (cos υ ) 8 6π = 8 ρ a ρ e π ρ a ρ e sinυ cosυe = sinυ cosυe 8 π ρ = a ρ e sin 6 π υe iϕ iϕ iϕ iϕ ρ iϕ a ρ e υe = sin 6 π

5 /.. táblázat A hidrogénatom valós hullámfüggvényei, = s = s =, pz + p x = = a ρe sinυ cosϕ 4 π ρ i( ) p y = = a ρe sinυ sinϕ 4 π s, p = p x = z + = = a (6ρ ρ ) e 8 π ρ ρ p y = i = a (6ρ ρ ) e 8 π s, p = d xz = z = = a ρ e 8 π ρ d yz = i = a ρ e 8 π + d = = a ρ e x y 8 π = d z r sinυ cosϕ ρ sinυ sinϕ sinυ cosυ cosϕ ρ ρ sinυ cosυ sinϕ sin υ cos ϕ R R R 5 ρ ρ 5 ρ.. ábra. A hidrogénatom R nl radiális hullámfüggvényei

6 / s p x p y p z z d X - y d z x y d yz d xz d xy.. ábra. A hidrogénatom anguláris hullámfüggvényei.4. ábra. A hidrogénatom energiaszintjei

7 /4.5. ábra. A hidrogénatom megengedett átmenetei.6. ábra. Az l = hoz tartozó pályaimpulzusmomentum térbeli kvantáltsága

8 /5.7. ábra. Stern-Gerlach-kísérlet

9 4/ 4. A TÖBBELEKTRONOS ATOMOK SZERKEZETE 4.. táblázat. A héliumatom elektronállapotai Konfiguráció n max l l s L S J Állapot s s s s p l l s +/ +/ S +/ +/ S +/ +/ S +/ +/ P +/ +/ P +/ +/ P +/ +/ P

10 4/ (Parahélium) (Ortohélium) 4.58 ev S P D F S P D F S P P S S 4.. ábra. A héliumatom energiaszint-diagramja üreges katód λ, λ, λ, kvarc üveg üveg gyûrû anód kerámia szigetelés 4.. ábra. Katódüreglámpa emissziós méréshez

11 4/ 4.. ábra. Katódüreglámpa abszorpciós méréshez 4.4. ábra. Neonnal töltött katódüreglámpa elnyelési színképe

12 4/4 c IP T=5 K T= K h IP T =8 K e B rézcső idukciós tekercs hűtő gáz plazma gáz hordozó gáz oldat nagy cseppek 4.5. ábra. Indukciósan csatolt plazma égő (IP-égő)

13 5/ 5. OPTIKAI SPEKTROSZKÓPIA N 5 λ = 59 nm N O N A =,564 λ = 499 nm 5 λ = 5 nm A =,749,5 A =,4 Abszorbancia, ullámhoss z (nm) 5.. ábra. Níluskék-A festék UV-látható abszorpciós színképe λ = 499 nm A =,748,5 λ = 45 nm λ = 54 nm Abszorbancia,5 A =,79 A =,79 λ = 8 nm ullámhoss z (nm) 5.. ábra Félértékszélesség meghatározása

14 5/ v E ( ) z σ v (xz) σ v (yz) A T z,α xx,α yy,α zz A R x,α xy B T x,r y,α xz B T y,r z,α yz 5.. táblázat. A v csoport karaktertáblázata z z x (a) O y -y (b) F x z O y z x x (a) x -y -z (c) (d) O 4 O y O O - + (b) + - (c) 5.4. ábra. A formaldehid két molekulapályája 5.. ábra. Molekulák térszerkezete (a) formaldehid (b) metilfluorid (c) allén (d) hidrokinon (anti-konformer)

15 6/ 6. A MOLEKULÁK FORGÓMOZGÁSA 6.. ábra. A tehetetlenségi nyomaték számítása N (a) a c c c b b b b b b c a a a (b) (c) (g) (h) (f) (d) (e) I a a a a c S F N N O F F F F F b b O 6.. ábra. Molekulák fő tehetetlenségi tengelyei

16 6/ 6.. ábra. A O molekula forgási színképe J=, J=, J=, J=, J=, J=, ± ± ± ± (a) ± (b) ± 6.4. ábra. Nyújtott (a) és lapított (b) szimmetrikus pörgettyű forgási energiaszintjei.

17 6/ 6.5. ábra. A J=7->J=8 átmenet K-szerinti felhasadása az SiNS forgási színképében. J K J K- K+ K J (a) Kappa ( κ) (b) 6.6. ábra. Aszimmetrikus pörgettyű forgási energiaszintjei (a) nyújtott pörgettyű, (b) lapított pörgettyű, κ szimmetriaparaméter.

18 6/ ábra. A mikrohullámú spektrométer vázlata O N N 4 Izotópok N-O-N N-O-ND 5 N-O- 5 N N- 8 O-N Kötéstávolság (Å) Kötésszög ( ) Diéderes szög -O, O--N,64 -N,779 N --N 4,7 N -,9978 -N - 9, N -, -N -,78 -N - 8, ábra. Karbamid molekulageometrájának meghatározása mikrohullámú spektrumból

19 7/ 7. MOLEKULÁK REZGŐMOZGÁSA V(d) v= v= v= v= d e d 7.. ábra. Kétatomos oszcillátor potenciálgörbéje, energiaszintjei és hullámfüggvényei. 7.. ábra. A l-gáz rezgési-forgási spektruma

20 7/ z O O O x y Q (a ) Q (a ) Q (a ) + O O O Q 4 (b ) Q 5 (b ) Q 6 (b ) 7.. ábra. A formaldehid molekula normálrezgései 7.4. ábra. A metángáz infravörös színképének részlete 7.5. ábra. Az ammóniagáz infravörös színképe

21 7/ 7.6. ábra. Kristályos acetanilid infravörös színképe KBr pasztillában IR fényforrás Álló tükör Fényosztó Mozgatható tükör VIS detektor e-ne lézer Minta IR detektor 7.7. ábra. Fourier-transzformációs infravörös spektrométer

22 7/4 7.8a. ábra. Acetongőzről készült interferogram 7.8b. ábra. A Fourier-transzformációval kapott spektrum 7.8c. ábra. A spektrum a háttérrel történő osztás után

23 8/ 8. MOLEKULÁK ELEKTRONSZERKEZETE 8.. ábra Molekulapályák előállítása atompályákból

24 8/ 8.. ábra. A nitrogénmolekula molekulapályaenergia-diagramja 8.. ábra. A formaldehid molekulapályaenergia-diagramja

25 8/ Molekulapályák IE [ev] 5a +7, ev b +7,67 ev ev b -9,64 ev b -,6 ev 4a -4,84 ev a b a M -7, ev -,98 ev -6,9 ev b -,7 ev a -55,74 ev 8.4a. ábra. A formaldehid betöltött molekulapályái

26 8/4 Molekulapályák IE [ev] 5a +7, ev b +7,67 ev b -9,64 ev b -,6 ev 4a -4,84 ev a b a M -7, ev -,98 ev -6,9 ev b -,7 ev a -55,74 ev ev 8.4b. ábra. A formaldehid betöltetlen molekulapályái LUMO OMO 8.5. ábra. Az oxazin- kation két molekulapályája

27 8/ ábra. Elektronátmenetek és jelöléseik E - [ cm ] 57. B(ba) * B(ba) * 55.5 B(bb) *.8 5. A(bb) * A(bb) * n π* * π π n σ* π σ* n π* A 8.7. ábra. A formaldehid elektronátmenetei

28 8/ ábra. A benzol elektronszínképe (etanolos oldat) 8.9. ábra. A benzol elektronszínképe (gőz)

29 8/7 Optikai rács Rés Detektorok Fényforrás Fényosztó Referencia Minta 8.. ábra. Kétutas UV-látható abszorpciós spektrométer S T S VR IS VR triplett abszorbció I szingulett abszorbció I fluoreszcencia T foszforeszcencia v=n S VR: rezgési relaxáció IS: Spinváltó átmenet (Inter System rossing) I: belső konverzió (Internal onversion) S: szingulett T: triplett sugárzásnélküli átmenet sugárzásos átmenet 8.. ábra. Jablonski-diagram v=

30 8/8 8.. ábra. Rodamin-B festék abszorpciós és emissziós színképe Optikai rács GERJESZTÉSI MONOKROMÁTOR Fényforrás Minta Detektor Optikai rács EMISSZIÓS MONOKROMÁTOR 8.. ábra Spektrofluoriméter

31 8/9 a fény terjedési iránya: a vékonyodó nyíl iránya, σ: a polarizáció síkja ábra. Lineárisan polarizált fény 8.5. ábra. Jobbra és balra cirkulárisan polarizált fény 8.6. ábra. (R)- és (S)-fenil-etil-amin D-spektruma

32 8/ 8.7. A fenolmolekula geometriája 6 Relative absorption intensities (arbitrary units) A: Phenol-d, calculated B: Phenol-d, measured Wavenumber, cm ábra. A fenolmolekula számított és mért rezgési színképe

33 8/ 8.9. ábra. Formaldehid és p-benzokinon pálcikamodellje 8.. ábra. Formaldehid és p-benzokinon elektronfelhője

34 8/ 8.. ábra. Atomi töltések anilin molekulában és anilinium kationban