IR-Absorption

Wissenschaft Chemie
#1

Hi

Bin gerade dabei, IR-Spektroskopie zu lernen.

Ich habe verstanden, dass das IR-Licht in einem für jede Atombindung spezifischen Wellenlängenbereich sein muss, um dieses zum Schwingen anzuregen und durch den Resonanzeffekt wird dann das Licht abgeschwächt, man bekommt nicht mehr 100 Prozent Transmission.

Erstmal: wohin geht die Energie? Ist es so wie bei der AAS, dass es nur auf die Richtung ankommt, in der das Licht strahlt?
Ich hab jetz meine IR Lampe und die leuchtet auf einen Sensor (vereinfacht gesagt), bei T=100%. Dann packe ich meine Probe da rein, und das Licht hat irgendwann die passende Wellenlänge um meinetwegen eine C-H Bindung zum Schwingen anzuregen, bzw. da kommt es ja dann zu dieser Resonanz. Wo bleibt die Energie?

Zweitens: es gibt ja eine Reihe von IR-Inaktiven Substanzen, z.B. N2, oder die Edelgase. Bei den Edelgasen krieg ich es noch auf die Kette, wieso da nix zur Resonanz gebracht werden kann, aber das Stickstoffmolekül „wackelt“ doch auch herum? Neben der Bewegung im Raum muss doch auch eine Streckschwingung da sein, wieso kann ich die nicht anregen, bzw. warum sehe ich dann nix im IR?

Danke und Grüße

Karana

#2

Hallo,

Zweitens: es gibt ja eine Reihe von IR-Inaktiven Substanzen,
z.B. N2, oder die Edelgase. Bei den Edelgasen krieg ich es
noch auf die Kette, wieso da nix zur Resonanz gebracht werden
kann, aber das Stickstoffmolekül „wackelt“ doch auch herum?

siehe z.B.:
http://www.pci.tu-bs.de/aggericke/PC2/Kap_IV/IR-Spek…
darin:

„Warum aber absorbieren Sauerstoff und Stickstoff nicht das Infrarotlicht, obwohl sie doch mit hoher Konzentration in der gesamten Atmosphäre vorkommen? Eine einfache Antwort werden wir bereits bei den ersten Betrachtungen zur Symmetrie von Molekülen finden.“

oder hier:
http://www.mischa-hildebrand.de/v2.4/material/fprakt…

mit u.a.:
„Da Stickstoff ein lineares Molekül ist, welches aus zwei identischen Atomen aufgebaut ist, besitzt es kein Dipolmoment; es ist daher nicht IR-aktiv.“

Gruß

watergolf

#3

Hallo!

Erstmal: wohin geht die Energie? Ist es so wie bei der AAS,
dass es nur auf die Richtung ankommt, in der das Licht
strahlt?

Ich verstehe nicht warum die Absorption in der AAS richtungsabhängig sein sollte?

Ich hab jetz meine IR Lampe und die leuchtet auf einen Sensor
(vereinfacht gesagt), bei T=100%. Dann packe ich meine Probe
da rein, und das Licht hat irgendwann die passende Wellenlänge
um meinetwegen eine C-H Bindung zum Schwingen anzuregen, bzw.
da kommt es ja dann zu dieser Resonanz. Wo bleibt die Energie?

Die Energie der IR Strahlung wird in Bewegungsenergie umgewandelt. Wenn das Molekül schwingt, bewegt es sich schneller. Nach außen ist dieser Effekt als Wärme spürbar.

Zum zweiten Teil deiner Frage hast du ja schon eine passende Antwort bekommen.

Schöne Grüße

Sven

#4

Hallo,

Ich hab jetz meine IR Lampe und die leuchtet auf einen Sensor
(vereinfacht gesagt), bei T=100%. Dann packe ich meine Probe
da rein, und das Licht hat irgendwann die passende Wellenlänge
um meinetwegen eine C-H Bindung zum Schwingen anzuregen, bzw.
da kommt es ja dann zu dieser Resonanz. Wo bleibt die Energie?

Damit das Molekül in einem bestimmten „Takt“ schwingen kann, ist zunächst mal ein Einfluss auf die schwingungsfähigen Massen „von außen“ erforderlich. Der „Takt“ der Schwingung wird durch geeignete Photonen (Energiequanten) erzwungen. Die so aufgenommene Energie steckt in den Translations- Rotations- und Schwingungszuständen des Moleküls. Da bleibt die Energie, was deine Frage beantwortet! Die Quantenmechanik des harmonischen Oszillators beschreibt die Wahrscheinlichkeit, wo sich die schwingenden Massen bezogen auf ihre Gleichgewichtslage aufhalten. Der Unterschied zur klassischen Mechanik besteht darin, dass die Aufenthaltswahrscheinlichkeit der schwingenden Massen in den Umkehrpunkten entgegen der Erwartung nicht am größten ist.
Weil schwingende Ladungen wiederum Photonen aussenden können (Dipolstrahlung), wird ein Teil der eingestrahlten Photonen wieder als solche freigesetzt und die Schwingung erlischt. Also ist das „Bleiben“ begrenzt.

Gruß

Peter

#5

Hallo!

Die Energie der IR Strahlung wird in Bewegungsenergie
umgewandelt. Wenn das Molekül schwingt, bewegt es sich
schneller. Nach außen ist dieser Effekt als Wärme spürbar.

Falsch: Wenn das Molekül schwingt, dann schwingt es. Die schwingungsfähigen Massen bewegen sich innerhalb des Moleküls relativ mal langsamer und mal schneller zueinander. Das ist jedoch keine Wärmebewegung im Sinne einer Teilchenbewegung. Die Translations- Rotations- und Schwingungsniveaus vieler Moleküle bilden breite Absorptionsbanden und eine Anregung von Schwingungen ist ohne die Anregung von Translation nicht möglich. Dadurch wird Wärme spürbar.

Gruß

Peter

#6

Hi

Danke für deine Antwort! Ich habe jetzt verstanden, wo die Energie bleibt.

Nur das mit den Dipolen hab ich noch nicht ganz verstanden.

Im Buch steht, dass etwas nur IR-aktiv sein kann, wenn es ein Dipolmoment hat oder eines erzeugt werden kann. Am Beispiel CO2 sieht man, es hat selbst keins, aber es kann eine Biegeschwingung auftreten, wenn man da IR-Strahlen mit der passenden Frequenz reinpackt, also ist CO2 IR-aktiv

Kannst du das mit den Dipolen nochmal genau erklären? Es ist ja auch so, dass nicht alle Schwingungen des Moleküls - angeregt oder nicht - im IR hinterher zu sehen sind.

Danke und Grüße

Karana

#7

Hallo,

so aufgenommene Energie steckt in den Translations- Rotations-
und Schwingungszuständen des Moleküls. Da bleibt die Energie,
was deine Frage beantwortet! Die Quantenmechanik des

wenn die aufgenommene Energie da bleibt, finde ich folgenden Satz seltsam:
„Die Lufthülle absorbiert so 17,4 Prozent der Sonneneinstrahlung auf die Erde und setzt sie in Wärme um.“
aus:
http://www.udo-leuschner.de/basiswissen/SB111-01.htm

watergolf

P.S.
Die betreffende Frage aus dem UP war: „Erstmal: wohin geht die Energie?“
und Wärme ist doch auch eine Energie.

#8

Hallo

Danke für deine Antwort! Ich habe jetzt verstanden, wo die
Energie bleibt.

Nur das mit den Dipolen hab ich noch nicht ganz verstanden.

Im Buch steht, dass etwas nur IR-aktiv sein kann, wenn es ein
Dipolmoment hat oder eines erzeugt werden kann. Am Beispiel
CO2 sieht man, es hat selbst keins, aber es kann eine
Biegeschwingung auftreten, wenn man da IR-Strahlen mit der
passenden Frequenz reinpackt, also ist CO2 IR-aktiv

Kannst du das mit den Dipolen nochmal genau erklären? Es ist
ja auch so, dass nicht alle Schwingungen des Moleküls -
angeregt oder nicht - im IR hinterher zu sehen sind.

Klassisch kann man das erklären, dass nur etwas schwingen kann, wenn eine Rückstellkraft als Reaktion auf eine Auslenkung wirksam ist. Bezogen auf ein IR- aktives Molekül ist dies eine zeitlich veränderliche elektrische Kraft zwischen räumlich getrennten Ladungsschwerpunkten. Das Dipolmoment p wird (wenn es Molekülaufbau für den betrachteten Schwingungszustand erlaubt) entweder durch das elektrische Feld der IR- Strahlung erzeugt oder es ist bereits im Molekül vorgebildet. Nur dann ist eine Energieentnahme aus dem elektrischen Feld (Resonanz) möglich. Mittels Quantenmechanik erklärt muss eine Potentialfunktion vorliegen, die, in die Schrödinger- Gleichung eingesetzt, Schwingungszustände mit diskreter Energie ergibt. Dazu muss ich meine erste Antwort nach korrigieren. Die Schwingung „erlischt“ in diesem Sinne nicht, sondern verweilt in einem Schwingungsgrundzustand, der durch die Ortsunschärfe der Schwingungsteilnehmer gegeben ist.

Gruß

Peter

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