ChemNet
 
Химический факультет МГУ

Книги сотрудников факультета

Ю.А.Пентин, Г.М.Курамшина hspace=

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.

Оглавление

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