Ю.А.Пентин , Г.М.Курамшина ОСНОВЫ МОЛЕКУЛЯРНОЙ СПЕКТРОСКОПИИ (Методы в химии)

Ю.А.Пентин, Г.М.Курамшина

ОСНОВЫ МОЛЕКУЛЯРНОЙ СПЕКТРОСКОПИИ

Методы в химии

Допущено Советом по химии УМО по классическому университетскому образованию в качестве учебного пособия для студентов вузов , обучающихся по специальности 011000 — Химия и направлению 510500 — Химия

Издательство «МИР» БИНОМ . Лаборатория знаний

Москва 2008
ISBN 978-5-94774-765-2 (БИНОМ. ЛЗ)
ISBN 978-5-03-003846-9 (Мир)

В учебном пособии, написанном преподавателями кафедры физической химии химического факультета МГУ, изложены теоретические основы важнейших спектроскопических методов исследования строения молекул: ИК, УФ, КР, ЯМР, ЯКР, ЭПР, ФЭС и др. Обсуждаются природа взаимодействия электромагнитного излучения с веществом, теория групп и современные вычислительные возможности квантовой химии. Рассмотрены возможности и ограничения каждого метода, показаны схемы интерпретации спектров, приведены необходимые сведения о приборах и методиках эксперимента. Книга хорошо иллюстрирована, содержит упражнения и список дополнительной литературы.

Для студентов химических и других естественнонаучных факультетов и вузов, а также для специалистов, которым применение спектральных методов необходимо в практической деятельности.

Предисловие	3
Введение	7
Глава 1. Излучение и происхождение спектров	13
1.1. Виды излучения и его характеристики	13
1.2. Классический и квантовомеханический подходы к объяс нению спектров	15
1.2.1. Принципы классической теории испускания, поглощения и рассеяния излучения	15
1.2.2. Квантовомеханические основы происхождения спектров	17
1.3. Принципиальная схема спектрального прибора	19
1.4. Фурье-спектроскопия	21
1.5. Вынужденное излучение. Лазеры	23
Глава 2. Симметрия молекул и основы теории групп	30
2.1. Общие замечания	30
2.2. Элементы и операции симметрии	31
2.3. Точечные группы симметрии	33
2.4. Некоторые общие положения теории групп	37
2.4.1. Определение группы	37
2.4.2. Представления групп и характеры представлений	38
2.4.3. Прямое произведение представлений	40
2.5. Электрические дипольные моменты, поляризуемость и симметрия молекул	42
Упражнения	44
Глава 3. Квантовомеханическая модель молекулы	45
3.1. Операторы, свойства операторов	45
3.2. Волновая функция	49
3.3. Операторы квантовой механики молекул	50
3.4. Уравнение Шрёдингера	51
3.5. Решение уравнения Шрёдингера для атома водорода ( за дача о частице в сферическом ящике)	53
3.6. Уравнение Шрёдингера для молекулы	60
3.7. Приближение Борна—Оппенгеймера	63
3.8. Колебания молекул	71
3.9. Симметрия гамильтониана	78
Упражнения	85
Глава 4. Вычислительные методы молекулярной спектроскопии	86
4.1. Введение	86
4.2. Неэмпирические методы	87
4.2.1. Метод Хартри —Фока	87
4.2.2. Базисные наборы функций	93
4.2.3. Учет электронной корреляции	98
4.2.4. Практические квантовомеханические расчеты	102
4.3. Полуэмпирические методы	104
4.4. Эмпирические методы	107
Упражнения	123
Глава 5. Микроволновая спектроскопия	124
5.1. Введение	124
5.2. Вращение и вращательная энергия двухатомных молекул	125
5.2.1. Классическая модель	125
5.2.2. Квантовомеханическая модель жесткого ротатора.	126
5.2.3. МВ-Спектр жесткого ротатора	128
5.2.4. Вращательный спектр КР жесткого ротатора	130
5.2.5. Заселенность уровней и интенсивность линий	130
5.2.6. Определение межъядерного расстояния. Изотопический эффект	132
5.2.7. Нежесткий ротатор	132
5.3. Вращение многоатомных молекул	133
5.3.1. Общее выражение вращательной энергии	133
5.3.2. Энергетические термы и спектры волчков разного типа	136
5.4. Применения вращательной спектроскопии	142
5.4.1. Определение геометрического строения молекул	142
5.4.2. Эффект Штарка и его применения в анализе вра щательных спектров и для определения дипольных моментов	143
5.4.3. Исследование заторможенного внутреннего враще ния и инверсии молекул	146
5.4.4. Некоторые примеры принципиальных результатов, полученных при исследовании вращательных спектров	148
5.5. Техника и методики эксперимента	149
Упражнения	151
Глава 6. Инфракрасная спектроскопия	152
6.1.Введение	152
6.2. ИК-Спектры поглощения двухатомных молекул. Правила отбора	153
6.3. Колебательно-вращательный ИК-спектр двухатомной мо лекулы	155
6.4. Колебания многоатомных молекул. Правила отбора	163
6.5. Вращательная структура ИК-спектров многоатомных молекул	168
6.6. Техника эксперимента	171
6.7. Применения ИК-спектроскопии	178
6.8. Пример анализа структуры молекулы по ИК-спектру поглощения	194
Упражнения	196
Глава 7. Спектроскопия комбинационного рассеяния (КР)	197
7.1. Введение. Модель КР	197
7.2.Колебательные спектры КР, правила отбора	201
7.3. Поляризация в спектрах КР	208
7.4.Резонансные спектры КР	914
7.5.Техника эксперимента	216
7.6. Применения метода КР. Определение структуры молекулы	219
7.7. Пример использования колебательного спектра для решения структурных задач	227
7.8. Использование фундаментальных частот для расчета термодинамических функций вещества	229
Упражнения	232
Глава 8. Спектроскопия в видимой и ультрафиолетовой области	233
8.1. Электронные состояния молекул	233
8.2. Электронные переходы	243
8.3. Вероятность и правила отбора переходов	249
8.4. Возбужденные состояния и спектры люминесценции	254
8.5. Применение методов электронной спектроскопии	259
8.6.Техника УФ-спектроскопии	264
Упражнения	267
Глава 9. Фотоэлектронная спектроскопия	268
9.1. Введение	268
9.2. Физическая модель эмиссии электронов при возбуждении ионизирующим излучением	268
9.3.Параметры и структура фотоэлектронных спектров	273
9.4. Применение методов фотоэлектронной спектроскопии	278
Упражнения	286
Глава 10. Методы радиоспектроскопии магнитного резонанса .	287
10.1. Общее представление о магнитном резонансе	287
10.2. Спектроскопия ЯМР	290
10.2.1. Принципы и условия ЯМР	290
10.2.2. Реализация условий ЯМР	293
10.2.3. Химический сдвиг сигналов ЯМР	296
10.2.4. Спин-спиновое взаимодействие и мультиплетность	300
10.2.5. Применение спектроскопии ЯМР	307
10.2.6. Техника и методики спектроскопии ЯМР	313
10.3. Спектроскопия ЭПР	315
10.3.1. Теоретические основы и условия ЭПР	315
10.3.2. Параметры и структура спектров ЭПР	318
10.3.3. Применение спектроскопии ЭПР	327
10.3.4. Техника и методики спектроскопии ЭПР	330
10.4. Множественный магнитный резонанс и поляризация спи нов	331
10.4.1. Двойной ЯМР (ИНДОР)	331
10.4.2. Другие методы физической поляризации ядерных и электронных спинов (ЭНДОР и ЭЛДОР)	334
10.4.3. Химическая поляризация ядер и электронов	336
Упражнения	338
Глава 11. Спектроскопия ядерного квадрупольного резонанса .	339
11.1. Теоретические основы метода	339
11.1.1. Общие сведения	339
11.1.2. Электростатическое взаимодействие квадрупольного ядра с электрическим полем	341
11.1.3. Квадрупольные уровни энергии и переходы	343
11.1.4. Приближенная интерпретация градиента неоднородного электрического поля на ядре	346
11.2. Спектры ЯКР и их приложения	349
11.2.1. Частота, интенсивность, ширина и мультиплетность сигнала	349
11.2.2. Использование спектров ЯКР при решении струк турных задач	351
11.3. Техника эксперимента и методические особенности	356
Упражнения	358
Глава 12. Мёссбауэровская спектроскопия	359
12.1. Общая характеристика и основы теории метода	359
12.2. Условия, необходимые для наблюдения эффекта Мёссбауэра	363
12.3. Важные особенности и параметры мёссбауэровских спектров	365
12.3.1. Влияние окружения и его учет	365
12.3.2. Изомерный (химический) сдвиг	367
12.3.3. Квадрупольное расщепление	369
12.3.4. Сверхтонкая структура магнитных заимодействий	371
12.4. Применение метода ЯГР в химии	372
12.4.1. Эмпирические корреляции и структурные исследования	479
12.4.2. Динамические эффекты	375
12.5. Техника и особенности эксперимента	377
Упражнения	379
Приложение 1. Физические постоянные и некоторые перевод ные коэффициенты	380
Приложение 2.Таблицы характеров некоторых точечных групп	381
Основные принятые обозначения	390
Литература	392

По вопросам приобретения обращаться: БИНОМ. Лаборатория знаний
Телефон: (499) 157-5272 e - mail : Lbz@aha.ru , http://www.Lbz.ru

Сервер создается при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований
Не разрешается копирование материалов и размещение на других Web-сайтах
Вебдизайн: Copyright (C) И. Миняйлова и В. Миняйлов
Copyright (C) Химический факультет МГУ
Написать письмо редактору

Ю.А.Пентин, Г.М.Курамшина

ОСНОВЫ МОЛЕКУЛЯРНОЙ СПЕКТРОСКОПИИ

Методы в химии

Оглавление