Övertonsband

I vibrationsspektroskopi är ett övertonsband det spektralband som uppstår i ett vibrationsspektrum för en molekyl när molekylen gör en övergång från grundtillståndet ( v =0) till det andra exciterade tillståndet (v=2), där v är vibrationskvantumtal (ett icke-negativt heltal) som erhålls genom att lösa Schrödinger-ekvationen för molekylen.

I allmänhet, för att studera vibrationsspektra för molekyler, antas kemiska bindningsvibrationer vara ungefärliga som enkla harmoniska oscillatorer . Således används en kvadratisk potential i Schrödinger-ekvationen för att lösa vibrationsenergins egentillstånd och deras egenvärden. Dessa energitillstånd är kvantiserade, vilket betyder att de bara kan anta några " diskreta " energivärden. När elektromagnetisk strålning lyser på ett prov kan molekylerna absorbera energi från strålningen och ändra sitt vibrationsenergitillstånd. Molekylerna kan dock absorbera energi från strålning endast under vissa förhållanden, nämligen - det bör ske en förändring i molekylens elektriska dipolmoment när den vibrerar. Denna förändring i molekylens elektriska dipolmoment leder till att molekylens övergångsdipolmoment, för övergång från det lägre till högre energitillståndet, är icke-noll vilket är en väsentlig förutsättning för att varje övergång ska kunna ske i vibrationstillståndet . molekylen (på grund av urvalsregler ).

Viktigt, under den enkla harmoniska approximationen , kan det visas att övergångsdipolmomentet är icke-noll endast för övergångar där ∆v=±1. Därför innehåller vibrationsspektrat inga övertoner för en idealisk, enkel-harmoniskt vibrerande bindning. Naturligtvis vibrerar verkliga molekyler inte perfekt harmoniskt, eftersom en bindnings potential inte är exakt kvadratisk utan bättre approximerad som en morsepotential . Att lösa Schrödinger-ekvationen med morsepotentialen för den aktuella molekylen ger vibrationsenergiegentillstånd med den intressanta egenskapen att när man beräknar övergångsdipolmoment för olika vibrationsenerginivåövergångar, är övergångsdipolmomentet inte noll för övergångarna där ∆v=± 2,±3,±4, etc. För verkliga molekyler är således de tillåtna övergångarna de för vilka ∆v=±1,±2,±3,±4, etc. Övertonsbandet som observeras i IR-spektrumet är ett sådan övergång med ∆v=2, från v=0 till v=2 energitillstånd.

Det har experimentellt visat sig att intensiteten hos övertonsbandet är mycket låg jämfört med grundbandet, vilket validerar den harmoniska approximationen.

Se även

• Nära-infraröd spektroskopi i YR Sharma

• C.N.Banwell och EMMcCash:Fundamentals of Molecular Spectroscopy, Tata McGraw-Hill fjärde upplagan

Bokens namn YR Sharma