Modelado de los modos de estiramiento comunes moléculas orgánicas con la cuántica mecánica del oscilador armónico

modelado de los modos de estiramiento comunes moléculas orgánicas con la cuántica mecánica del oscilador armónico

estudiante espectroscopia vibracional ejercicio de laboratorio

en las últimas décadas, las técnicas y teorías para la comprensión de los fenómenos químicos se han vuelto más y más centrado en los fenómenos a escala molecular. Como resultado, los planes de estudiosuniversitarios de química físicadebe cambiar para reconocer la necesidad de una cobertura básica de la mecánica cuántica, la teoría de la unión, y la espectroscopia. A nivel de pregrado de segundo año, el material de la química física a menudo se debe presentar en un nivelconceptual o semicuantitativa de de Química no físicas, de tal manera que los estudiantes con limitados conocimientos matemáticos son capacesde aprender acerca de la importanciade las áreas clave, tales como la mecánica cuántica en la química. En este contexto, hay una necesidad de ejercicios prácticos, basados ​​en laboratorio que ilustran los principios asociados con estas áreas sin el uso de un equipo complejo y caro.

Hemos desarrollado una introducción de pregrado ejercicio físico química orgánica que introduce el uso deloscilador armónico en espectroscopia vibracional. La idea original se basa en una simple demostración de la influencia de la masa reducida para un límite en el número de onda observada para unir varios modos de estiramiento. El ejercicio se ha ejecutado con éxito por varios años en nuestro segundo año de pregrado curso físico química orgánica. Los estudiantes han obtenido resultados excelentes y se hanimpresionado con la manera en que puede ser una serie de observaciones aparentemente dispares representó con un modelo muy sencillo tener un único parámetro ajustable. Con un valor de refinado para la aplicación efectiva de un solo vínculo de fuerza constante, los valores de modo más estiramientos número de onda se puede estimar la parte superior dentro de aproximadamente 10%, con un simplecálculo. Se demuestra claramente que la razón de los modos ESTIRAMIENTOS (y otros modos de vibración de inferencia) aparecen en los valores de número de onda diferentes dentro de la gama espectral IR es principalmente el resultado de variaciones en la masa de los núcleos implicados en el movimiento, y las variaciones en la fuerza constante, como se refleja a través de la orden de enlace. 
Hemosencontrado que los estudiantes no están familiarizados con el concepto de modelado y construcción de modelos, que a menudo constituye la base de los primeros pasos en el desarrollo de una teoría científica completa. Uno de los puntos fuertes pedagógicos de este ejercicio es por lo tanto, la introducción a los conceptos de modelado, tales como la implementación del modelo diseño, y el refinamiento sonreforzados en este ejercicio.
PROCEDIMIENTOS
Los estudiantes desarrollan un modelo simple para la prediccióndel número de onda de la absorción en el infrarrojo asociado a los modos de vibración estiramiento de los enlaces simples,dobles y triples de las moléculas unidas covalentementecompuestos de C, H, O y N. de datos espectroscópicos se obtienen mediante la ejecución de los espectros IR de laselección de los líquidos orgánicos comúnmente disponibles(acetona, acetonitrilo, butamine, ciclohexeno, y propanol)elegidos por su bajo costo, los espectros relativamente simple, y la variedad en términos de los tipos de estiramiento modospresentes. Simples se preparan mediante la colocación de unas cuantas gotas del líquido limpio en una placa de NaCl (25-mm de diámetro x espesor de 4mm). Una segunda placa se colocaen la parte superior de la primera para generar una capa fina del líquido limpio entre las dos placas. El espectro IR de cada muestra se registra utilizando un espectrómetro FTIR estándar a una resolución de 4-cm.
los estudiantes se les pidió que identificaran las absorcionesasociadas con cada tipo de estiramiento el modo con referencia a una tabla de frecuencias de...