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Anwendung der Gruppentheorie, IR-Spektroskopie
 

Anwendung der Gruppentheorie, IR-Spektroskopie

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Gruppen-Theorie ist ein mathematisches Modell verbinden molekulare Symmetrie mit Eigenschaften wie IR-aktiv-Schwingungs-Modi.

Jedes Molekül kann mit einer Punktgruppe, die jedes Element der Symmetrie vorhanden in einem Molekül in Bezug auf einen festen Punkt beschreibt eingestuft werden.

Gruppentheorie bietet spezielle Tabellen, so genannte Zeichentabellen, um vorherzusagen, die Wirkung von einem Molekül Symmetrie auf seine Schwingungs-Modi und andere wichtigen Eigenschaften.

Dieses Video diskutieren die zugrunde liegenden Prinzipien der Gruppentheorie, illustrieren das Verfahren für die Synthese und Charakterisierung von ein Isomer des Mo(CO)4[P(OPh)3]2, und stellen einige Anwendungen der Gruppentheorie in Chemie.

Molekulare Symmetrie beschreibt die nisht zu unterscheidend Konfigurationen eines Moleküls. Die Transformationen zwischen ihnen heißen Symmetrie Operationen, die auftreten in Bezug auf ein oder mehrere Elemente der Symmetrie.

Die fünf Elemente der Symmetrie sind richtige und falsche Rotationsachsen Spiegel Flugzeuge, Zentren der Inversion und Identität. Jedes Molekül hat das Identität Element oder E, in denen keine Änderung Eintritt.

Eine Spiegelebene, σ, beschriftet ist eine Reflexion Flugzeug mit identischen beginnend und endend Konfigurationen. Moleküle können mehr als eine Spiegelebene haben. Ein Zentrum der Inversion, beschriftet ich, ist ein Punkt durch die jedes Atom reflektiert wird.

Eine ordnungsgemäße Drehachse ist eine Achse, um die sich ein Molekül zu einer identischen Konfiguration dreht. Es ist beschriftet, Cn, wobei n 360 geteilt durch den Drehwinkel ist.

Eine unsachgemäße Rotationsachse, mit der Bezeichnung Sn, ist die Achse, um die ein Molekül gedreht wird und dann durch eine senkrecht Spiegelebene reflektiert . Moleküle können mehr als eine Rotationsachse haben. Die Achse mit der höchsten n ist die Hauptmittellinie.

Punktgruppen mit einem Symmetrie-Baum, der die Symmetrie-Operationen notwendig, um das Molekül zu klassifizieren identifiziert werden Moleküle zugewiesen.

Z. B. BF3 ist eine nichtlineare. Es tut nicht haben mindestens zwei Achsen mit n größer als 2. Es hat mindestens eine Drehachse; Die Hauptmittellinie ist C3. Es hat drei C2 Achsen senkrecht zu seiner Hauptachse und eine Spiegelebene senkrecht zu seiner Hauptachse. Boron Trifluoride gehört zu der Punktgruppe D3 h .

Jeder Punktgruppe hat eine Zeichentabelle mit seinen wesentlichen Symmetrie-Operationen. Jede Zeile enthält eine irreduzible Darstellung der Vorgänge, zusammen mit den entsprechenden atomaren orbitale und Linearbewegungen.

Reduzierbar Darstellungen entstehen durch die Auswertung, wie diese Symmetrie Operationen molekularen Eigenschaften auswirken. Reducing diese Darstellung gibt die Beitragenden irreduziblen Darstellungen.

Nun, Sie die Prinzipien der Gruppentheorie verstehen, gehen wir durch ein Verfahren zur Synthese ein Isomer des Mo(CO)4[P(OPh)3]2 und Vergleich ihrer IR-Spektrum, die Anzahl der IR-aktiven Modi für jedes Isomer von vorhergesagt Gruppentheorie.

Um den Vorgang zu starten, schließen Sie die Schlenk Linie Vent, und starten Sie den Gasstrom N2 .

GUS-Staaten weder die Trans -Isomer ist linear, und hat weder mehr als zwei Rotationsachsen mit Bestellungen höher als 2. Beide haben mindestens eine Drehachse. Die Hauptachsen für Cis und Trans -Isomere sind C2 und C4, beziehungsweise.

Das Cis -Isomer keinen zwei C2 Achsen senkrecht zur Erdachse C2 hat, noch es eine senkrechte Spiegelebene. Es hat zwei Spiegelflächen mit der C-2 -Achse, also die Punktgruppe C2v. Das Trans -Isomer hat vier C2 Achsen und einer Spiegelebene senkrecht zur Erdachse C4 so die Punktgruppe D4 h.

Nächste, reduzierbar Darstellungen von den CO-Strecken entstehen durch das Molekül jede Symmetrie Betrieb zuweisen und zählen die C-O-Strecken, die Standorte im Raum unverändert bleiben.

Der C-2v -Tisch hat vier Operationen: Identität, C-2 -Rotation und Reflexionen durch zwei Spiegelflächen mit der C-2 -Achs. An der Operation Identität bleiben alle vier Dipolmomente. Alle vier Dipolmomente nehmen verschiedene Positionen nach einer C-2 -Rotation. Zwei Dipolmomente bleiben in der gleichen Position für jede Reflektion.

Die Verringerung der Formel berechnet den Koeffizienten der jede irreduzible Darstellung in der reduzierbaren Darstellung. Die Frage Gruppe Auftrag ist die Anzahl der Symmetrie Operationen. Klassen sind Typen von Symmetrie Operationen. Hier ist die Anzahl der Vorgänge in jeder Klasse 1, die traditionell eine Zeichentabelle ausgelassen wird.

Der Charakter ist der Wert entsprechend zu einer Vertretung einer bestimmten Klasse. Wenn die Verringerung der Formel angewendet wird, drei irreduzible Darstellungen zu finden sind, mit einem doppelt auftreten. Diese Darstellungen transformieren als die x-, y-oder Z -Achse, die mit vier C-O IR-aktive Strecken übereinstimmt.

Mit der gleichen Technik, das Trans -Isomer gefunden wird, einer IR-aktive C-O-Ausdehnung haben. IR-Spektrum des Messguts Molybdän hat Gipfel bei 2046, 1958 und 1942 cm-1. Mit höherer Auflösung Daten kann eine vierte C-O-Stretch beobachtet werden. Basierend auf den erhaltenen IR, kann man feststellen, dass die isolierte Mo(CO)4[P(OPh)3]2 komplex das Cis -Isomer.

Gruppentheorie ist weit verbreitet in der organischen und anorganischen Chemie. Schauen wir uns ein paar Beispiele.

Raman-Spektroskopie erkennt molekulare Schwingungen, bei denen Änderungen im Polarisierbarkeit in der Elektronenhülle. Eine symmetrische Dehnung in CO2 ändert nicht das Dipolmoment und ist daher nicht IR-aktiv. Jedoch ändern Elektronen Abkehr von Kernen die Polarisierbarkeit, so dass die Strecke Raman-aktiv. Raman-aktiv-Schwingungs-Modi erkennen Gruppentheorie nach der gleichen allgemeinen Methode zur Identifizierung von IR-aktiven Modi.

Molekularer orbital Theorie oder MO-Theorie, ist ein Modell verwendet, um die Bindung in Molekülen zu beschreiben. Addieren und Subtrahieren der atomaren orbitale von zwei Atomen führt zur Bildung von molekularen orbital Diagramme von einfachen Diatomics.

Um MO-Diagramme der Übergang Metall komplexe zu generieren, verwenden Wissenschaftler Gruppentheorie Symmetrie angepasste lineare Kombinationen von atomaren orbitale zur Darstellung der äußeren Atome oder Liganden erzeugen. Dies wird erreicht, indem reduzierbar Darstellungen der Liganden atomaren orbitale generieren, und dies dann auf eine irreduzible Darstellung zu reduzieren.

Die Symmetrie Darstellungen der das Metallzentrum und Symmetrie angepasste lineare Kombinationen werden im Diagramm verglichen. In diesem Modell überlappen orbitale mit dem gleichen Symmetrie zu bilden zwei Molekülorbitale.

Sie habe nur Jupiters Einführung in die Gruppentheorie beobachtet. Sie sollten jetzt vertraut sein mit den zugrunde liegenden Prinzipien der molekulare Symmetrie zu finden die Punktgruppe eines Moleküls und einige Beispiele wie Gruppentheorie in organischer und anorganischer Chemie verwendet wird. Danke fürs Zuschauen!

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