Zadanie 1:

Oblicz długość wiązania r_e w cząsteczce ¹H³⁵Cl, jeśli energia rotacyjna powoduje przejścia między poziomami J=0 i J=1 o liczbie falowej 1/λ=21,22 cm^-1.

Energia ta jest równa różnicy pomiędzy energią rotacyjną poziomów J=0 i J=1

z tego równania obliczamy moment bezwładności wiedząc, że (J+1)=1 oraz

Moment bezwładności wynosi:

Masę zredukowaną obliczamy z równania

Długość wiązania otrzymujemy z wzoru

Zadanie 2.

W adsorpcyjnym widmie oscylacyjnym w zakresie podczerwonym obserwuje się dla molekuły ¹H³⁵Cl przejście ze stanu v=0 do v=1 o częstości 2885,9 cm^-1.

Jak zmieni się ta częstość jeśli atom wodoru zastąpimy deuterem?

Rozwiązanie:

Częstość drgań oscylatora harmonicznego:

(1)

gdzie: k- stała siłowa,

v - częstość drgań,

c - prędkość światła

1. Obliczenie masy zredukowanej HCl:

2. Obliczenie stałej siłowej:

(2)

(3)

(4)

Stąd podstawiając wartości liczbowe:

3. Obliczenie masy zredukowanej DCl:

3.Obliczenie częstości dla DCl z wzoru (1):

Podstawiając obliczone wyżej wartości:

µ= 3,145·10­^-27 kg

k= 477,41 N/m

3. Porównanie częstości HCl i DCl:

2885,9-2068,4= 817,5 cm^-1

Wnioski: Częstość drgań zmieni się (zmaleje) o 817,5 cm^-1

Zadanie 2:

Jak zmieni się widmo pod wpływem zmian symetrii w tetrachlorometanie, chloroformie, dichlorometanie?

Zestawiono częstość drgań i symetrie dla poszczególnych związków w tabelach:

CCl4 o symetrii Td
Numer drgania	Częstość [cm-1]	Symetria	IR (intensywność pasm)
1	220	E	152
2	220	E	152
3	314	T2	150
4	314	T2	150
5	314	T2	150
6	447	A1	331
7	733	T2	195
8	733	T2	195
9	733	T2	195

Z widma, które dostaliśmy widzimy, że w podczerwieni jest tylko pasmo dla 773 cm-1 (symetria T₂) zaś pozostałe sygnały w podczerwieni są nie aktywne.

CHCl3 o symetrii C3v
Numer drgania	Częstość [cm-1]	Symetria	IR (intensywność pasm)
1	261	E	167
2	261	E	165
3	365	A­­­­1	190
4	662	A­­­­1	119
5	729	E	31
6	729	E	31
7	1245	E	21
8	1245	E	20
9	3182	A­­­­1	32

W chloroformie widoczne jest większość pików bo i : przy 3182 cm-1 odpowiadające C-H drganiom rozciągającym, przy 1245 cm-1 odpowiadającym C-H drganiom zginającym, przy 729 cm-1 odpowiadającym C-Cl drganiom rozciągającym, przy 662 cm-1 odpowiadającym C-Cl drganiom zginającym.

CH2Cl2 o symetrii C2
Numer drgania	Częstość [cm-1]	Symetria	IR (intensywność pasm)
1	282	A­­­­1	205
2	699	A­­­­1	135
3	719	B2	37
4	902	B1	10
5	1179	A­­­­2	40
6	1302	B2	18
7	1457	A­­­­1	28
8	3122	A­­­­1	49
9	3201	B1	27

W dichlorometanie praktycznie wszystkie pasma drgań są aktywne

Wnioski:

Obniżenie symetrii znosi degenerację- w skutek tego więcej drgań jest widocznych na widmie IR.

Zadanie 3:

Porównać widma związków: [Ni(NH₃)₆](BF₄)₄ i [Zn(NH₃)₄](ClO₄)₂. Czy na podstawie tych widm, można odróżnić te wiązki od siebie?

Analiza widma związku [Ni(NH₃)₆](BF₄)₄:

669 cm^-1 , 1058 cm^-1 , 1191 cm^-1 - drgania pochodzące od fluoru

1237 cm^-1 - drganie pochodzące od H-N-H

1624 cm^-1 - drganie pochodzące od H-N-H(deformacyjne)

3351 cm^-1 - drganie pochodzące od N-H (rozciągające)

3400 cm^-1 - drganie pochodzące od N-H (rozciągające)

2361 cm^-1­ _­- drganie pochodzące od K-Br

Analiza widma związku [Zn(NH₃)₄](ClO₄)₂:

620 cm^-1 - drganie pochodzące od Cl-O-Cl

1100 cm^-1 - drganie pochodzące od Cl-O

2950-2800, 1465-1450, oraz 1380-1370 cm^-1- pasma pochodzące od nujolu

3277 cm^-1 - drganie pochodzące od N-H

3348 cm^-1 - drganie pochodzące od N-H

Wnioski:

Na podstawie analizy widm IR związków [Ni(NH₃)₆](BF₄)₄ i [Zn(NH₃)₄](ClO₄)₂ nie jesteśmy w stanie odróżnić ich od siebie, ponieważ drgania pomiędzy poszczególnymi atomami mają bardzo zbliżone do siebie wartości długości fal.

---