Robert Maniura

OPIS PROGRAMU DLA CZĄSTECZKI HCOOH.

Pomiar widma przeprowadzony został na spektrofotometrze z transformacją Fouriera (FT-IR). Spektrofotometry FT - IR (rys. 1.) są zbudowane analogicznie do spektrofotometrów klasycznych, przy czym zamiast monochromatora zawierają interferometr (najczęściej interferometr Michelsona). Idea pomiaru opiera się na tym, że obraz interferencyjny, będący funkcją różnicy dróg optycznych między wiązkami, jest tzw. transformatą Fouriera widma padającego na interferometr. Rejestracja promieniowania odbywa się przy ciągłym przesuwaniu zwierciadła M_r od pozycji -Dx do +Dx.

Zapis i obróbka widma wykonane zostało za pomocą programu komputerowego Omnic 2.0.

Przed przystąpieniem do pomiaru, wprowadzamy do programu zajmującego się obróbka widma, określone parametry decydujące postaci otrzymanego widma. Do parametrów tych należą między innymi:

• liczba skoków czyli liczba punktów pomiarowych

• rozdzielczość

• funkcja natężenia promieniowania padającego, w jakiej będzie wykonywany pomiar (np. absorbancja)

• korekta aparaturowa

Parametry te pozwalają na otrzymanie widma, które można bezpośrednio po pomiarze poddać analizie, bez wykonywanie dodatkowych zabiegów.

Pierwszym etapem pomiaru jest pomiar tła. Ponieważ pomiar jest wykonywany w atmosferze powietrza, można się spodziewać, że substancje w nim obecne mogą dać w widmie dodatkowe piki. W celu wykonania pomiaru tła do biegu promieni wprowadzamy pusta kiuwetę gazową. Wykonane w ten sposób widmo tła w podczerwieni, zostaje zachowane na twardym dysku, a po wykonaniu widma próbki zostaje od niego automatycznie odjęte. Jest to duże i wyraźne ułatwienie w obróbce widma.

Drugim etapem pomiaru jest wykonanie widma kwasu mrówkowego. W tym celu bardzo małą ilość kwasu wkraplamy do kiuwety gazowej. Kwas mrówkowy jest bardzo lotna substancją, dlatego szybko i łatwo przechodzi w stan pary pod wpływem promieniowania podczerwonego. Otrzymane widmo można od razu zinterpretować. Pomocny jest w tym program do obliczania stałych siłowych.

Interpretacja widma

1. Podajemy liczbę atomów oraz liczbę współrzędnych kartezjańskich

ILAT = 5 - liczba atomów

ILWSP = 9 - liczba współrzędnych obliczona ze wzoru 3N-6=3

IKP = 14 - ilość kolumn w macierzy drukowanej

2. Podajemy parametry strukturalne - długości wiązań i kąty

1 1,3430 ⇒ długość wiązań

2 0,9720 ⇒ długość wiązań

3 106,3170 ⇒ kąt między atomami

4 1,2020 ⇒ długość wiązań

5 124,8830 ⇒ kąt między atomami

6 1,0970 ⇒ długość wiązań

7 110,9830 ⇒ kąt między atomami

3. Wyznacza się macierz współrzędnych kartezjańskich

1	0	0	0	0	0	0	11
2	1	-1	0	1	0	0	-1
3	2	1	-2	2	3	0	5
4	1	2	3	4	5	0	5
5	1	2	3	6	7	0	-5

oraz dane dotyczące kątów - ich liczbę oraz położenie; iczba ich to 4; położenie

1	2	3
4	1	2
4	1	5
5	1	2

4. Wyznacza się tabelę położenia cząsteczki HDO we współrzędnych kartezjańskich

		X	Y	Z
1	C	0,000000	0,000000	0,000000
2	O	1,343000	0,000000	0,000000
3	H	1,616083	0,932850	0,000000
4	O	-0,687425	0,986028	0,000000
5	H	-0,392824	-1,024255	0,000000

5. Wyznacza się macierz odległości międzyatomowych

		1	2	3	4	5
1	C	0,0000	1,3430	1,8660	1,2020	1,0970
2	O	1,3430	0,0000	0,9720	2,2572	2,0155
3	H	1,8660	0,9720	0,0000	2,3041	2,8046
4	O	1,2020	2,2572	2,3041	0,0000	2,0318
5	H	1,0970	2,0155	2,8046	2,0318	0,0000

6. Wartości kątów

1 C	2 O	3 H	106,317
4 O	1 C	2 O	124,883
4 O	1 C	5 H	124,134
5 H	1 C	2 O	110,983

7. Określenie współrzędnych wewnętrznych

ISTR = 4 - współrzędne rozciągające

IDEF = 3 - współrzędne zginające

IOUT = 1 - współrzędne pozapłaszczyznowe

ITOR = 1 - współrzędne torsyjne

Macierz to opisująca

1	0	1	2	0	ξ1
2	0	2	3	0	ξ2
3	0	1	4	0	ξ3
4	0	1	5	0	ξ4
5	0	4	1	5	ξ5
6	0	4	1	2	ξ6
7	0	1	2	3	ξ7
8	4	1	5	2	ξ8
9	5	1	2	3	ξ9

Podana jest też masa i liczba atomowa

Nr.	Masa	Liczba
1	12,01	6
2	16,00	8
3	1,008	1
4	16,00	8
5	1,008	1

8. Wyznacza się macierz współrzędnych kinematycznych

	1	2	3	4	5	6	7	8	9
1	0,1458	-0,0176	-0,0476	-0,0298	0,1277	-0,0568	-0,0617	0,0000	0,0000
2	-0,0176	1,0546	0,0000	0,0000	0,0000	0,0447	-0,0447	0,0000	0,0000
3	-0,0476	0,0000	0,1458	-0,0467	-0,0628	-0,0509	0,0509	0,0000	0,0000
4	-0,0298	0,0000	-0,0467	1,0753	-0,0573	0,1152	-0,0579	0,0000	0,0000
5	0,1277	0,0000	-0,0628	-0,0573	1,0653	-0,1456	0,0093	0,0000	0,0000
6	-0,0568	0,0447	-0,0509	0,1152	-0,1456	0,2407	-0,1238	0,0000	0,0000
7	-0,0617	-0,0447	0,0509	-0,0579	0,0093	-0,1238	1,2239	0,0000	0,0000
8	0,0000	0,0000	0,0000	0,0000	0,0000	0,0000	0,0000	1,1446	0,9336
9	0,0000	0,0000	0,0000	0,0000	0,0000	0,0000	0,0000	0,9336	2,2394

Oraz wartości własne macierzy

2,774248

1,293888

1,147970

1,049796

1,012522

0,609762

0,220444

0,164973

0,061709

9. Tworzenie macierzy F

	Stała siłowa (tablicowa)	Krok	Pozycja stałej siłowej w macierzy F
1	6,0500	1,0000	1	1
2	7,5900	1,0000	2	2
3	13,6200	2,0000	3	3
4	5,0000	1,0000	4	4
5	1,0000	0,5000	5	5
6	1,2700	0,5000	6	6
7	0,7100	0,2000	7	7
8	0,2000	0,1000	8	8
9	0,2000	0,1000	9	9
10	0,0000	0,1000	1	2
11	0,0000	0,1000	1	3
12	0,0000	0,1000	1	4
13	0,0000	0,1000	4	3
14	0,0000	0,1000	1	5
15	0,0000	0,1000	3	5
16	0,0000	0,1000	4	5
17	0,0000	0,1000	1	6
18	0,0000	0,1000	2	6
19	0,0000	0,1000	3	6
20	0,0000	0,1000	4	6
21	0,0000	0,1000	5	6
22	0,0000	0,1000	1	7
23	0,0000	0,1000	2	7
24	0,0000	0,1000	3	7
25	0,0000	0,1000	4	7
26	0,0000	0,1000	5	7
27	0,0000	0,1000	6	7
28	0,0000	0,1000	8	9

Macierz F

	1	2	3	4	5	6	7	8	9
1	6,0500	0,0000	0,0000	0,0000	0,0000	0,0000	0,0000	0,0000	0,0000
2	0,0000	7,5900	0,0000	0,0000	0,0000	0,0000	0,0000	0,0000	0,0000
3	0,0000	0,0000	13,6200	0,0000	0,0000	0,0000	0,0000	0,0000	0,0000
4	0,0000	0,0000	0,0000	5,0000	0,0000	0,0000	0,0000	0,0000	0,0000
5	0,0000	0,0000	0,0000	0,0000	1,0000	0,0000	0,0000	0,0000	0,0000
6	0,0000	0,0000	0,0000	0,0000	0,0000	1,2700	0,0000	0,0000	0,0000
7	0,0000	0,0000	0,0000	0,0000	0,0000	0,0000	0,7100	0,0000	0,0000
8	0,0000	0,0000	0,0000	0,0000	0,0000	0,0000	0,0000	0,2000	0,0000
9	0,0000	0,0000	0,0000	0,0000	0,0000	0,0000	0,0000	0,0000	0,2000

10. Wyznacza się wartości częstości drgań normalnych dla poszczególnych współrzędnych wewnętrznych

	Tablicowe	Obliczone
1	3570,00	3687,81
2	2943,00	3041,64
3	1770,00	1946,66
4	1387,00	1401,28
5	1229,00	1215,66
6	1105,00	1008,84
7	1033,00	970,58
8	638,00	537,14
9	625,00	455,03

Udział poszczególnych współczynników wewnętrznych w danym drganiu normalnym (macierz L) określa rodzaj drgania poszczególnych współrzędnych wewnętrznych

	1	2	3	4	5	6	7	8	9
1	-0,0190	-0,0256	-0,3469	-0,1772	-0,0916	-0,4324	0,0000	0,1330	0,0000
2	0,9976	-0,0047	-0,0036	-0,0061	0,0034	-0,0101	0,0000	-0,0042	0,0000
3	0,0000	-0,0663	0,5591	-0,1131	-0,0557	-0,0361	0,0000	0,0535	0,0000
4	0,0000	0,9851	0,0900	-0,0492	-0,0006	-0,0242	0,0000	-0,0125	0,0000
5	0,0000	-0,0613	-0,6470	-0,9107	0,0456	0,7528	0,0000	0,1280	0,0000
6	0,0000	0,1237	-0,0807	0,3024	-0,0406	0,2807	0,0000	0,9554	0,0000
7	0,0000	-0,0742	0,3658	-0,1802	0,9924	-0,4069	0,0000	0,2239	0,0000
8	0,0000	0,0000	0,0000	0,0000	0,0000	0,0000	0,4971	0,0000	-0,8677
9	0,0000	0,0000	0,0000	0,0000	0,0000	0,0000	0,8677	0,0000	0,4971

Wyznaczana jest macierz PED określająca wkład energetyczny poszczególnych współczynników wewnętrznych w danym drganiu normalnym. Macierz PED potwierdza czy dobrze przypisaliśmy drgania.

	1	2	3	4	5	6	7	8	9
1	0,0288	0,0800	13,1213	14,1279	6,3733	58,3938	0,0000	7,8749	0,0000
2	99,9132	0,0034	0,0018	0,0209	0,0108	0,0399	0,0000	0,0099	0,0000
3	0,0000	1,2102	76,7411	12,9553	5,3090	0,9189	0,0000	2,8656	0,0000
4	0,0014	98,1585	0,7296	0,9012	0,0002	0,1512	0,0000	0,0578	0,0000
5	0,0002	0,0760	7,5447	61,6514	0,2608	29,2605	0,0000	1,2063	0,0000
6	0,0351	0,3929	0,1489	8,6297	0,2632	5,1666	0,0000	85,3637	0,0000
7	0,0212	0,0791	1,7127	1,7135	87,7827	6,0690	0,0000	2,6218	0,0000
8	0,0000	0,0000	0,0000	0,0000	0,0000	0,0000	24,7082	0,0000	75,2918
9	0,0000	0,0000	0,0000	0,0000	0,0000	0,0000	75,2918	0,0000	24,4082

11. Tworzona jest macierz L we współrzędnych kartezjańskich

	1	2	3	4	5	6	7	8	9
1	-0,0069	0,2756	-0,4859	-0,6792	0,0266	0,5174	0,0000	0,0873	0,0000
2	-0,0055	0,9612	0,4133	0,6166	0,0110	0,3850	0,0000	0,3618	0,0000
3	0,0000	0,0000	0,0000	0,0000	0,0000	0,0000	-0,3293	0,0000	0,5590
4	0,0715	-0,0699	0,1323	0,1828	-0,3154	-0,7281	0,0000	0,4086	0,0000
5	0,2365	-0,2086	-0,0212	0,1745	0,2253	-0,1632	0,0000	-0,3565	0,0000
6	0,0000	0,0000	0,0000	0,0000	0,0000	0,0000	-0,0971	0,0000	0,3392
7	-0,2682	-0,3276	-0,0663	0,3068	0,8687	-0,1328	0,0000	0,3184	0,0000
8	-0,9311	-0,0935	0,0325	-0,0229	0,2173	-0,0403	0,0000	-0,1546	0,0000
9	0,0000	0,0000	0,0000	0,0000	0,0000	0,0000	0,5865	0,0000	0,6537
10	0,0053	0,3240	0,5592	0,0729	0,1085	0,0871	0,0000	-0,6206	0,0000
11	0,0034	-0,8547	-0,7610	0,4189	-0,1899	-0,0965	0,0000	0,0732	0,0000
12	0,0000	0,0000	0,0000	0,0000	0,0000	0,0000	0,0515	0,0000	-0,2337
13	0,0007	-0,2750	0,2882	0,7306	-0,1536	0,6305	0,0000	0,2248	0,0000
14	0,0111	-0,7068	0,1404	-0,5335	0,0603	-0,0895	0,0000	0,0340	0,0000
15	0,0000	0,0000	0,0000	0,0000	0,0000	0,0000	0,7318	0,0000	-0,3009

Wnioski:

Na widmie wyraźnie widoczne jest zbiór pików przy częstości 3300-3000 cm^-1. Piki te są związane z obecnością wiązań wodorowych w analizowanym dimerze.

7

---