Stichpunkte

Allgemein
	das mit infrarotem Licht arbeitet
	IR-Spektroskopie (genau: Infrarotspektroskopie) ist ein physikalisches Analyseverfahren
	Die IR-Spektroskopie (Infrarotspektroskopie) wird zur quantitativen Bestimmung von bekannten Substanzen oder zur Strukturaufklärung unbekannter Substanzen genutzt
	dem mittleren oder klassischen (normalen) Infrarot (MIR 2.500 - 50.000 nm) und dem fernen Infrarot (FIR 50.000 - 500.000 nm) unterschieden
	weil unterschiedliche Phänomene die Absorption dieser Strahlung verursachen
	Im infraroten Wellenlängenbereich (800 - 500.000 nm) wird aus spektroskopischer Sicht zwischen dem nahen Infrarot (NIR 800 - 2.500 nm)
	im MIR Molekülbindungen und im NIR sind nur noch Obertöne beziehungsweise Kombinationsschwingungen des MIR detektierbar (insbesondere von CH-
	OH-
	Im fernen Infrarot absorbieren Molekülrotationen
	NH-Bindungen)
	Die IR-Spektroskopie im mittleren Infrarot ist eine der leistungsfähigsten analytischen Techniken in der chemischen Analytik organischer Substanzen
	Die Nahinfrarot-Spektroskopie (NIRS) wird trotz ihrer dazu bescheidenen Möglichkeiten zur schnellen Analyse von Stoffgemischen genutzt
	"Verbergen") 1 Prinzip 2 Molekülschwingungen 3 Absorption von IR Strahlung 4 Lage der IR Absorptionsbanden 4.1 Das ideale Rotations-Schwingungs-Spektrum am Beispiel von Salzsäure 5 Verwandte Artikel [Bearbeiten]
	im Gegensatz zu UV-Spektren
	welche in aufsteigender Richtung charakterisiert wird (Bereich geringer Durchlässigkeit der IR Strahlung ergeben einen Ausschlag nach unten). Bild nicht gefunden Elektromagnetisches Spektrum Inhaltsverzeichnis showTocToggle("Anzeigen"
	nicht die Absorption sondern die Transmission
	IR-Spektren zeigen
Prinzip
	Die Bestrahlung von Molekülen mit Elektromagnetischen Wellen des Infrarot-Bereichs führt dazu
	dass Bindungen zur Schwingung angeregt werden
	Dies führt gleichzeitig zu Energieabsorption
	Anhand von charakteristischen Frequenzen des Infrarot-Lichts
	können diese identifiziert werden
	welche nötig sind
	um bestimmte Teile von Molekülen zur Schwingung anzuregen
	Am einfachsten fällt dies natürlich bei zweiatomigen Molekülen
	Bei mehratomigen Molekülen kommt es zur Überlagerung von Grundschwingungen
	die interpretiert werden müssen. [Bearbeiten]
	Dementsprechend sieht man eine Reihe von Absorptionsbanden
Molekülschwingungen
	In organischen Substanzen treten bei Absorption von Strahlung aus dem infraroten Bereich mechanische Schwingungen auf
	eignet sich die IR-Spektroskopie zur Bestimmung der funktionellen Gruppen des untersuchten Moleküls
	Es können zwei verschiedene Arten von Schwingungen unterschieden werden: 1) Valenzschwingungen (Streckschwingungen): Schwingungen in Richtung der Bindungsachse zweier Atome oder Molekülteile durch eine Dehnung oder Stauchung der Bindung 2) Deformationsschwingungen (Biegeschwingungen): Schwingungen unter der Deformation des Bindewinkels Da Molekülschwingungen bestimmter Atomgruppen besonders charakteristisch sind
	welches zur Identifizierung der Substanz verwendet werden kann (fingerprint). [Bearbeiten]
	Weiters besitzt das komplette Molekül ein charakteristisches Spektrum
Absorption von IR Strahlung
	wenn im Molekül bewegte elektrische Ladung zur Verfügung steht
	Wechselwirkung zwischen elektromagnetischer Strahlung und dem Molekül kann nur dann auftreten
	wenn das Molekül entweder ein veränderbares oder ein induzierbares Dipolmoment aufweist (IR aktiv)
	Das ist immer dann der Fall
	In Molekülen mit Schwingungen symmetrisch zum Symmetriezentrum treten keine Änderungen des Dipolmoments auf (IR inaktiv). [Bearbeiten]
Lage der IR Absorptionsbanden
	große Massen hingegen verursachen IR Absorptionsmaxima bei kleinen Wellenzahlen (niedrige Energie)
	Stärkere chemische Bindungen und Atome kleinerer Masse verursachen im IR-Spektrum Absorptionsmaxima bei großen Wellenzahlen (hohe Energie)
	Die Energie ist proportional zum Quadrat des permanenten Dipolmomentes
	Daher liefern polare Moleküle intensive Rotationsübergange
	Vergleicht man allerdings die Amplituden der Peaks eines einzelnen Moleküls miteinander
	fällt auf
	durch ein Maximum gehen und schließlich für große J wieder abfallen
	dass die Stärke der Übergänge mit wachsenden J zunächst schnell zunehmen
	dass die Stärke die Entartungen der verschiedenen Rotationszustände und die Besetzungszahlen der Rotationsniveaus im Ausgangszustand wiederspiegelt
	Die Ursache dafür ist
	was zu einer höheren Energie führt
	Der Grad der Entartung nimmt mit steigendem J zu
	Andererseits nehmen die Besetzungszahlen mit steigender Energie ab
	was schließlich zu einer Abnahme der Strahlungsstärke führt. [Bearbeiten]
Das ideale Rotations-Schwingungs-Spektrum am Beispiel von Salzsäure
	HCl ist ein einfaches zweiatomiges Molekül mit einem ausgeprägtem Dipolmoment
	Das HCl-Molekül kann vereinfacht als ein linearer Kreisel angesehen werden
	Die Quantenmechanik liefert für ein lineares Molekül die spezielle Auswahlregel für einen Rotationsübergang: <math> Delta J = +1 <math> oder <math> Delta J = -1 <math> wobei J die Rotationsquantenzahl darstellt
	Wenn ungepaarte Elektronen vorhanden sind
	wäre bei einem zweiatomigen Molekül auch ΔJ=0 möglich
	Für einen Schwingungsübergang lautet die spezielle Auswahlregel: <math> Delta v = +1 <math> oder <math> Delta v = -1 <math> Die Übergänge zwischen den verschiedenen Rotationsniveaus (J=0
	1
	unterteilt werden und sind in der Abbildung skizziert
	2...) des angeregten Schwingungszustandes (v'=1) können in zwei Gruppen
	den R-Zweig (rechts) für Übergange mit ΔJ = +1 und den P-Zweig (links) für Übergänge mit ΔJ =-1
	1
	2...) des Schwingungsgrundzustandes (v=0) und den Rotationsniveaus (J'=0
	Da ΔJ=0 für HCl nicht erlaubt ist
	erscheint auch kein Q-Zweig
	Im oberen Bild ist das Energieniveauschema abgebildet
	An Hand der Pfeillänge ist deutlich zu erkennen
	dass jeder Ãœbergang eine Energiezufuhr von <math> Delta E = E(J+1) - E(J) = (J+1) BJ cdot hc <math> erfordert
	Für die Energiedifferenz zum benachbarten Übergang gilt damit <math> Delta E = Delta E - Delta E_{Nachbar} = 2B cdot hc <math> Im idealen Rotationsschwingungs-spektrum (unteres Bild) haben daher die Peaks einen konstanten Abstand von 2B
	Im Experiment weisen die Peaks etwas andere Abstände auf
	da das Modell nicht die Anharmonizität der Schwingung den gedehnten Atomabstand durch die Zentrifugalkräfte und die Wechselwirkung von Schwingungs- und Rotationsbewegung beachtet. [Bearbeiten]
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