Transcript Document

Analiza
instrumentalna
drewna
Andrzej Radomski
Paweł Kozakiewicz
Tomasz Zielenkiewicz
budowa pozajądrowa atomu
• Rutherford - model planetarny:
Dodatnio naładowane jądro, wokół którego krążą elektrony.
• Bohr - dodał do modelu Rutherforda teorię kwantów Plancka i Einsteina:
Elektrony mogą mieć tylko wybrane wartości energii
i zajmować tylko wybrane orbity.
• Heisenberg, Schrödinger, Dirac - mechanika kwantowa na bazie dualizmu korpuskularno-falowego
de Broglie’a:
Elektronów w atomach nie należy traktować jako cząstek, lecz jako chmurę ładunków o gęstości
opisanej przez kwadrat funkcji falowej 2.
Wg Heisenberga 2 określa prawdopodobieństwo przebywania elektronu w określonym obszarze
przestrzeni.
równanie Schrödingera
 - amplituda fali de Broglie’a
Rozwiązaniem jest funkcja falowa.
|(x,y,z)|2dv = 1
Musi mieć sens fizyczny:
liczby kwantowe:
główna, n
energia elektronu
poboczna, l
moment pędu elektronu
magnetyczna, m
ustawienie wektora momentu pędu
względem pola magnetycznego
liczby kwantowe
• główna liczba kwantowa
n = 1, 2, 3, ...
• poboczna liczba kwantowa
l = 0, 1, ..., (n – 1)
• magnetyczna liczba kwantowa
m = (–l, ..., –1, 0, 1, ..., l)
powłoki
K, L, M, N, O, P, Q, ...
podpowłoki
s, p, d, f, g, ...
Określają jednoznacznie kształt orbitalu elektronowego - obszaru przestrzeni o określonym
prawdopodobieństwie przebywania elektronu.
• spinowa liczba kwantowa
s = +1/2
• magnetyczna spinowa liczba kwantowa
ms = –1/2, +1/2
orbitale atomowe
n=1
l=0
m=0
(1s)
n=2
n=2
l=0
l=1
m=0
m = 0, ±1
(2s)
n=3
n=3
n=3
l=0
l=1
l=2
m=0
(3s)
m = 0, ±1
m = 0, ±1, ±2
(2p)
(3p)
(3d)
orbitale atomowe
(4s)
n=4
l=0
m=0
n=4
l=1
m = 0, ±1
n=4
l=2
m = 0, ±1, ±2
n=4
l=3
m = 0, ±1, ±2, ±3
(4p)
(4d)
(4f)
poziomy energetyczne
W atomach wieloelektronowych oddziaływania się komplikują, energia orbitalu zależy od wartości
pobocznej liczby kwantowej.
6d
5f
6p
5d
4f
5p
4d
4p
3d
7s
6s
5s
energia
4s
3p
3s
2p
2s
1s
1s
2s
2p
3s
3p 3d
4s
4p 4d 4f
5s
5p 5d 5f
5g
6s
6p 6d 6f
...
7s
7p ...
...
WIDMO FAL
ELEKTROMAGNETCZNYCH
Barwa
Barwa
Długość fali
[nm]
Barwa
dopełniająca
Czerwona
600-700
Zielononiebieska
Pomarańczowa
600-630
Niebieska
Żółtopomarańczo 580-600
wa
Błękit cyjanowy
Żółta
560-580
Błękit indygo
Żółtozielona
560
Fioletowa
Zielona
490-560
Purpurowa
Zielononiebieska
490
Czerwona
Niebieska
480-490
Pomarańczowa
Błękit cyjanowy
470-480
Żółtopomarańczow
a
Koło barw
układ okresowy - bloki
H
He
Li Be
B
C
N
O
F Ne
Na Mg
Al Si
P
S
Cl Ar
K Ca
Sc Ti
Rb Sr
Y
V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te
Cs Ba La Ce ... Yb Lu Hf Ta W Re Os Ir
La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb
Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No
pierwiastki bloku p
pierwiastki bloku d
pierwiastki bloku f
Xe
Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
Fr Ra Ac Th ... No Lr Rf Db Sg Bh Hs Mt
pierwiastki bloku s
I
konfiguracja helowców:
He 1s2
Ne 1s22s2p6
Ar 1s22s2p63s2p6
Kr 1s22s2p63s2p6d104s2p6
Xe 1s22s2p63s2p6d104s2p6d105s2p6
Rn 1s22s2p63s2p6d104s2p6d10f145s2p6d106s2p6
•
Absorpcja światła na przykładzie chlorofilu a i b
Barwniki nitrowe i nitrozowe
Kwas pikrynowy
żółcień Martiusa
Trwała zieleń
barwniki azowe
czerwień Kongo
Tartrazyna (żółta)
oranż metylowy
Barwniki trifenylometanowe
Zieleń malachitowa
Fenoloftaleina
Barwniki antrachinowe
Alizaryna
Barwniki tiazynowe
Błękit metylenowy
Indygoidy
Indygo
Indygotyna
Antocyjaniny
(rodzaje)
Spektrofotometr
Promieniowanie podczerwone jest częścią widma promieniowania
elektromagnetycznego. To forma energii, którą odbieramy jako ciepło.
Zostało odkryte w 1800 r.
Podział spektrum
Funkcjonuje kilka podziałów podczerwieni na pasma,
używanym w Polsce jest:
- bliska podczerwień (ang. near infrared, NIR), 0,7-5 μm)
- średnia podczerwień (ang. mid infrared, MIR), 5-30 μm)
- daleka podczerwień (ang. far infrared, FIR), 30-1000 μm)
Zdjęcie w świetle widzialnym
Zdjęcie w bliskiej podczerwieni
Drgania wiązań w cząsteczce:
drgania rozciągające n
symetryczne
asymetryczne
deformacyjne d, w, g, t, r
Poza płaszczyzną
W płaszczyźnie
nożycowe
wachlarzowe
skręcające
wahadłowe
Rodzaje drgań w zakresie średniej
podczerwieni
KBr używa się często jako
tła, gdyż absorbuje poza
zakresem średniej
podczerwieni.
Wykonanie doświadczenia
Próbka w stanie stałym, ciekłym, gazowym lub w
rozpuszczalniku. Umieszcza się ja w pojemniku z chlorku
sodu (najczęściej stosowany materiał - przepuszcza
promieniowanie IR). Wiązkę promieniowania przepuszcza
się przez pojemnik z badanym materiałem.
Rejestrator zapisuje widmo transmisyjne w postaci
pasm i pików. Analiza widma odbywa się przy pomocy
tablic.
Narzędzia
Spektrometr FT-IR Magna-IR 550
Zakresie rejestracji widma 4000 - 400 cm-1
Region odcisku palca i grup
funkcyjnych:
ALKANY
alkany
cykloalkany
cykloalkany
norbornan
chlorowcoalkany
lindan
chlorowcoalkany
ALKENY
alkeny
alkeny
alkeny
ALKINY
C ≡ C–rozciągające w zakresie
2260-2100 cm-1
C≡ C–H: C–H rozciągające w
zakresie 3330-3270 cm-1
R–C≡C–H: C–H zginające w
zakresie 700-610 cm-1
alkiny
alkiny
alkiny
ARENY
areny
areny
styren
areny
ALKOHOLE
alkohole
ciekły
alkohole
gazowy
alkohole
rozcieńczony roztwór
fenole
ETERY
ALDEHYDY
KETONY
aldehydy
aldehydy
ketony
ketony
ketony
KWASY KARBOKSYLOWE
ESTRY
estry
estry
aminy
aminy
amidy
amidy
amidy
Analiza widma IR
Krok pierwszy
- w obszarze 1820-1660 cm-1 poszukujemy pasma karbonylowego. Jest to
zazwyczaj najbardziej intensywne pasmo w widmie. Jeżeli takie pasmo
zostało znalezione poszukujemy innych pasm związanych z grupami
funkcyjnymi zawierającymi wiązanie C=O
Krok drugi
- jeżeli stwierdziliśmy obecność grupy karbonylowej wówczas określamy
czy jest ona składnikiem kwasu, estru, aldehydu bądź ketonu
Analiza widma IR
Krok trzeci
- jeżeli w widmie nieobecne jest pasmo karbonylowe wówczas
poszukujemy pasma nO-H alkoholu w obszarze 3300-2600 cm-1 oraz
pasma nC-O w obszarze 1300-1100 cm-1
Krok czwarty
- jeżeli nC=O i nO-H są nieobecne, poszukujemy wiązań wielokrotnych
nC-H powyżej 3000 cm-1
nC=C 1650-1450 cm-1
Krok piąty
- brak grup funkcyjnych świadczy o obecności
alkanu lub halogenopochodnej
+
H
C
O
96
O
+
C 3H 3 +
39
C
O
95
H
+
C
+
O
29
O
67
O
C 2H 3 +
C 3H 5 +
41
27
C 4H 7 +
C 5H 9 +
C 6H 11+
55
69
83
+
O
152
+
C 7H 11+
95
C 3H 3 +
C 4H 5 +
39
53
C 5H 7 + C 6H 9 +
67
81
108-110
+
O
137
HO
HO
O
O
C
C
O
O
+
HO
+
H 3C
+
H 3C
152
151
+
H 3C
HO
O
81
123
H
+
HO
+
HO
NH 2
109
NH
O
+
O
CH 3
151
+
HO
O
+
C
80
CH 3
43
C
81