《材料分析化学》PPT课件

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1、材料分析化学（三）材料的价键分析朱永法清华大学化学系2003.10.14价键分析概要材料性质不仅与元素，结构，价态等因素有关，还与其价键状态有关；价键分析主要分析其基团以及化学键性质，与分子结构有关；价键分析主要研究键的振动状态；主要有三种方式：红外光谱，拉曼光谱和高分辩能量损失谱；材料分析化学2清华大学化学系表面组材料的价键分析研究内容化学键，分子结构，结合形式，吸附状态等研究方法红外光谱，拉曼光谱，电子能量损失谱分析内容分子振动和转动，晶格振动和转动等材料分析化学3清华大学化学系表面组红外光谱及其应用红外光谱基础知识红外光谱属于分子振动转动光谱，主要与分子的

2、结构有关能产生偶极距变化的分子均可以产生红外吸收；除单原子分子以及同核分子以外的有机分子均可以具有特征吸收。（F，N2）红外光谱的吸收频率，吸收峰的数目以及强度均与分子结构有关，因此可以用来鉴定未知物质的分子结构和化学基团此外，还与晶体的振动和转动有关；（材料科学研究较多）材料分析化学5清华大学化学系表面组红外光谱的划分红外区域λ/μmν/cm－1能级跃迁类型近红外区0.75~2.513158~4000OH、NH及CH键的倍频吸收中红外区2.5~254000-400分子振动远红外区25~1000400-10分子转动材料分析化学6清华大学化学系表面组红外光谱原理红

3、外吸收的产生在分子内部具有振动和转动能级，当物质被一束红外光线辐照时，只要红外光的能量与能级跃迁的能级合适，在分子内部就可以产生振动或转动跃迁，产生红外吸收。因此其吸收的能量是量子化的，有跃迁的两个能级决定。振动能量E＝（v＋1/2）hν材料分析化学7清华大学化学系表面组红外吸收的能量S0S1UV/VisV3V2V1V0S0S1IRElectronicSpectroscopyVibrationalSpectroscopy材料分析化学8清华大学化学系表面组双原子分子振动分析Example:C=Ostretching,k~1x106dynes/cm,m=1.1x10

4、-23Theoreticalprediction:u=1600cm-1Experimentalresult:u=1500-1900cm-1upm=12ckc–光速；k–力常数；m–reducedmassofatoms1and2(m1andm2)m=m1*m2/(m1+m2)m1m2化学键的力常数越大，折合质量越小，则化学键的振动频率越高，吸收峰将在高波数区出现。材料分析化学9清华大学化学系表面组多原子分子的振动简正振动的振动状态是分子质心保持不变，整体不转动，每个原子均在其平衡位置附近做简谐振动，其振动频率和相位均相同，即每个原子都在同一瞬间通过其平衡位置，而且

5、同时达到其最大位移质多原子分子的振动可以分解为很多简单的简正运动来描述分子中的任何一个复杂振动均可以分解为简正振动的线性组合伸缩振动和变形振动材料分析化学10清华大学化学系表面组水分子的红外吸收示意图吸收强度红外吸收光谱的强度主要取决于分子振动时的偶极距变化，而偶极距的变化又与分子的振动方式有关。振动的对称性越高，振动分子中的偶极距的变化越小，谱带强度越弱。一般来说，极性强度越强的基团，其吸收强度越强；极性较弱的基团其振动吸收也较弱材料分析化学12清华大学化学系表面组基团频率在红外光谱中，每种官能团均具有特征的结构，因此也具有特定的吸收频率。根据特征频率就可以对

6、有机物的基团进行鉴别。这也是红外光谱分析有机物结构的依据。在中红外中，把4000～1300波数范围称为基团频率区，把1800～600波数称为指纹频率区。材料分析化学13清华大学化学系表面组AbsorbanceSpectrumand“fingerprint”ofaMoleculeDefinition:Plotofenergyabsorbedvs.frequency(cm-1ormm)Usage:“Figerprint”ofamolecule.Mr(s).XYZ3400300026002200180014001000AbsorbanceCompound:CwHxNy

7、OzWavenumber(cm-1)材料分析化学14清华大学化学系表面组CharacteristicPeaksofFunctionalGroupO-H3300-3600cm-1H5C6-H3010-3030cm-1CH3-CH2-H2980cm-1EsterC=O1740cm-1Ketone1720cm-1AmideC=O1670cm-1Nitro-NO21530,1340cm-1Si-O~1100cm-1材料分析化学15清华大学化学系表面组影响基团频率的因素内部因素电子效应，氢键的影响，振动耦合以及Fermi共振。外部因素氢键作用，浓度效应，温度效应，样品状态

8、，制样方式以及溶剂极性等