CH4

BÁO CÁO MÔN HỌC
Thái Ngọc Ánh , Bùi Tiến Đạt
PHỔ HỒNG NGOẠI VÀ RAMAN
NGHIÊN CỨU QUY TẮC LỌC LỰA ĐỐI VỚI PHÂN TỬ MÊ TAN
CH4
Các vấn đề trình bày
Cơ sở lý thuyết
Biểu diễn của các toạ độ dao động
Toạ độ nội
CÁC BƯỚC XÁC ĐỊNH MODE TÍCH CỰC HỒNG NGOẠI VÀ RAMAN
Một phương pháp khác để xác định quy tắc lọc lựa
Áp dụng vào phân tử Metan CH4
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
1.1 Tính tích cực hồng ngoại
Tính tích cực hồng ngoại (IR) khi mode dao động chuẩn (của trạng thái kích thích) thuộc về cùng một biểu diễn BKQ với ít nhất một toạ độ Descarts
1.2 Tính tích cực Raman
Chuyển dời tích cực Raman khi mode dao động chuẩn thuộc về cùng BdBKQ với ít nhất một thành phần của ten xơ hệ số phân cực của phân tử.
Biểu diễn của các toạ độ dao động
2.1 Các thành phần (x, y, z) của mômen lưỡng cực điện, các toạ độ Decartes (x,y,z) và các phép tịnh tiến (Tx,Ty,Tz) tạo thành 3 biểu diễn đồng hình
Biễu diễn kí hiệu là T
Chú ý:
2.2. Các chuyển động quay của phân tử kí hiệu Rx,Ry,Rz cũng tạo thành một biểu diễn ba chiều. Ta biểu thị chúng bằng chính các kí hiệu đó trên bảng đặc trưng.
2.3. Dịch chuyển Descartes của các nguyên tử trong phân tử.
Biểu diễn tương ứng với kí hiệu cart có 3n chiều (n là số nguyên tử trong phân tử)
Ta thấy rằng cart là tích ten xơ của biểu diễn at đặc trưng cho vị trí của các nguyên tử và T đặc trưng cho ba thành phần dịch chuyển Descartes của mỗi nguyên tử.Trong phép biến đổi đối xứng R, thì at bằng số nguyên tử bất biến
Ta có:  cart(R) =  T (R ). at (R )
Ta viết : cart = vib + transt + rot
vib : Ứng với biểu diễn dao động thực sự
transt : Là biểu diễn ứng với sự tịnh tiến *
rot : Là biểu diễn ứng với sự quay *
: cart được phân tích theo các BdBKQ ta có thể tìm được đối xứng của các dao động của phân tử
2.4 Toạ độ nội
Các toạ độ nội bao gồm sự co giãn các liên kết, sự uốn các góc liên kết, các góc nhị diện, thường được lấy có dư để lợi dụng triệt để tính đối xứng. Sau khi tìm được biểu diễn int của các toạ độ nội, ta so sánh với vibr và tìm ra các biểu diễn đối xứng dự int = vibr + dư
CÁC BƯỚC XÁC ĐỊNH MODE TÍCH CỰC HỒNG NGOẠI VÀ RAMAN
Bước 1: Xác định nhóm đối xứng của phân tử
Bước 2: Xác định các đặc trưng của biểu diễn khả quy cart trong phép đối xứng
Bước 3: Phân tích cart thành các BdBKQ của nhóm. Loại trừ các Bd ứng với mỗi phép tịnh tiến theo 3 phương và phép quay, ta thu được các mode dao động thực sự
Bước 4: Đối chiếu với bảng đặc trưng của nhóm để xác định các mode tích cực hồng ngoại và raman
Một phương pháp khác để xác định quy tắc lọc lựa
3n – 6 hay 3n –5 mode dao động thực sự của n nguyên tử trong phân tử được phân bố tuỳ theo đối xứng của chúng thành các kiểu i. Một công thức tổng quát được dùng để xác định :
- Kiểu nào là tích cực hồng ngoại (IR) hay Raman
- Có bao nhiêu dao động thuộc về mỗi kiểu


1. Tích cực hồng ngoại thay red(k) bằng (k) là đặc trưng của mô men lưỡng cực như sau:
(k)=2cos+1, cho các phép quay đích thực E, Cn
(k)= 2cos-1, cho các phép quay không đích thực , Sn, i
Nếu Z() khác không thì dao động thuộc về kiểu đối xứng  là tích cực IR
2. Tích cực raman, thay red(k) bằng  (k) là đặc trưng của độ phân cực
 (k)= 2+2cos+2cos2, cho phép quay thực sự
 (k)= 2-2cos+2cos2, cho phép quay không thực sự.
Nếu Z() khác không thì dao động thuộc về kiểu đối xứng  là tích cực Raman

Các kí hiệu góc:
= 0 cho các phép E và ,
=3600/n cho các phép Cn và Sn
=1800 cho i=S2
3. Số dao động chuẩn cho mỗi kiểu đối xứng
Trường hợp này ta thay red(k) bằng (k) , (k) không phụ thuộc vào mk là số nguyên tử không bị dịch chuyển bởi phép biến đổi đối xứng của lớp k
(k)=(mk-2) (k), cho các phép quay đích thực
(k)=mk. (k), cho các phép quay không đích thực
Z() cho ta các dao động chuẩn thuộc kiểu 
Áp dụng vào phân tử Metan CH4
Cấu trúc Phân tử Metan
Bước 1: Xác định nhóm đối xứng phân tử CH4
Phân tử CH4 có 4 nguyên tử H xếp ở 4 đỉnh của hình tứ diện đều, còn nguyên tử C nằm ở tâm của hình này.
Có 4 trục C3, mỗi trục đi qua đĩnh H (đỉnh của tứ diện đều) và đi qua tâm của mặt đối diện (cũng đi qua C).
Có 3 trục C2, mỗi trục đi qua trung điểm của hai cạnh đối diện
Có 6 mặt d, mỗi mặt d đi qua một cạnh và trung điểm của cạnh đối diện của tứ diện đều.
 Thuộc nhóm Td
Bảng đặc trưng nhóm Td
Bước 2: Xác định các đặc trưng của biểu diễn khả quy cart
Xác định các đặc trưng T:
T(E)=3
T(C3)=1+2cos(2pi/3) = 0
T(C2)=1+2cos(2pi/2) = -1
T(S4)=-1+2cos(2pi/4) = -1
T(d)=1


Số nguyên tử bất biến trong phép đồng nhất E là 5, phép quay C3 là 2, phép quay C2 là 1, phép quay phản chiếu S4 là 1, phép phản xạ gương d là 3
at(E)=5, at(C3)=2 ,at(C2)=1,at(S4)=1
at(d)=3
Dựa vào  cart(R) =  T (R ). at (R )



Bước 3: Phân tích cart thành các biểu diễn bất khả quy của nhóm
cart=a1A1+a2A2+a3E+a4T1+a5T2
a1=1/24*[1.(15).(1)+8.(0).(1)+3.(-1).(1)+6.(-1).(1)+6.(3).(1) ]=1
a2 =0
a3 =1
a4 =1
a5=3
cart=A1+E+T1+3T2
Bước 4: Kết luận:
Ta có  vib =A1+E+2T2
Như vậy A1 hoàn toàn đối xứng liên quan đến sự co giãn các liên kết C – H, kiểu E liên quan đến sự biến thiên của góc H-C-H , một kiểu T2 liên quan đến co giãn C-H, và 1 kiểu liên quan đến sự biến thiên của góc H-C-H
Có 1 mode tích cực IR là T2
Có 3 mode tích cực Raman la A1, E, T2