第十三章红外与紫外光谱13. 1分子运动与电磁福射一、电磁波电磁波具有波粒二象性，可用波的参量如频率（U）和波长（入）等来描述。它的传播不需要媒介在真空中传播速度为C =3xI01°cm/s。不同的电磁波具有不同的波长，可由传播速度与频率求出「式(13-1)1。(13-1)
第十三章红外与紫外光谱 13.1 分子运动与电磁福射 一、电磁波 电磁波具有波粒二象性，可用波的参量如频率 (υ)和波长（λ)等来描述。它的传播不需要媒介， 在真空中传播速度为C =3 xIO¹ºcm/s。不同的电磁 波具有不同的波长，可由传播速度与频率求出[式 （13-l)]
波长单位根据不同的辐射频率区而改变，在紫外和可见区常采用纳米（nanometer，nm），在红外区常用微米（micrometer，μm）作单位。1nm=10-μm=10-°mm=10-7cm=10-m频率表示每秒振动的次数，用赫（Hertz，Hz）为单位，因为数值较大，为方便在红外中常用波数（wave number，u）来代替频率，它的单位是cm_l。7(13-2)C
波长单位根据不同的辐射频率区而改变，在紫 外和可见区常采用纳米（nanometer，nm)，在红外 区常用微米(micrometer，μm )作单位。 频率表示每秒振动的次数，用赫（Hertz，Hz) 为单位，因为数值较大，为方便在红外中常用波数 （wave number，υ)来代替频率，它的单位是cm_1
根据不同的波长（频率），电磁波大体可分为如下区域：10'010/210'10201081016V(Hz)丫射线红外微波宇宙射线X射线紫外可见无线电波10~3010-月10~610~210~41入(cm)电磁波具有能量，体现了粒子性。电磁波的辐射能是通过一种粒子（光子）来传播的。光子的能量与电磁波的频率成正比，与波长成反比，见式(13-3) 。(13-3)e=hy=hc/入
电磁波具有能量，体现了粒子性。电磁波的辐 射能是通过一种粒子（光子）来传播的。光子的能 量与电磁波的频率成正比，与波长成反比，见式 （13-3)
式（13-3）中h为普朗克（Plank）常数，其值为663X10-34J/s，化学上常用摩尔光子能量描述，此时应把式（13-3)改写为式（13-4）。Nhe11.98E(J/mol)(134)入式中N为阿佛加德罗常数（6．02x1023）。根据式(13-4)可求出各种电磁波的能量
式（13-3)中h为普朗克（Plank)常数，其值为6. 63 x 10- 34J/s。化学上常用摩尔光子能量描述，此 时应把式（13-3)改写为式（13-4)。 式中N为阿佛加德罗常数(6. 02 x 1023 )。根据式 （13-4)可求出各种电磁波的能量
二、分子运动与电磁辐射分子并非静止不动，它和组成它的原子、电子都在不停地运动。在一定的运动状态下，具有一定的能量，这个能量包括电子运动、原子间的振动、分子转动等能量。各种运动状态均有一定能级，有电子能级、振动能级和转动能级。当分子吸收一定能量后就会从低的能级（E）跃迁到较高的能级（E，）电磁辐射可提供能量，当辐射能恰好等于分子运动的两个能级之差时（hU=△E=E,-E,），则会发生吸收，产生相应的光谱。因分子运动的能与光子的能过都是量子化的，所以一定运动方式的能级跃迁需要一定频率或波长的电磁辐射
二、分子运动与电磁辐射 分子并非静止不动，它和组成它的原子、电子 都在不停地运动。在一定的运动状态下，具有一定 的能量，这个能量包括电子运动、原子间的振动、 分子转动等能量。各种运动状态均有一定能级，有 电子能级、振动能级和转动能级。当分子吸收一定 能量后就会从低的能级（ E1)跃迁到较高的能级(E2)。 电磁辐射可提供能量，当辐射能恰好等于分子运动 的两个能级之差时（hυ=ΔE=E2-E1)，则会发生吸收， 产生相应的光谱。因分子运动的能与光子的能过都 是量子化的，所以一定运动方式的能级跃迁需要一 定频率或波长的电磁辐射
一般转动能级差较小，需要远红外辐射；振动能级差比转动能级差大，需要的辐射频率也增大，进入中红外区。中红外区电磁波波长（频率）为25μm（400cml）22.5um（4000cml）。该区域电磁波辑射的能量范围可由式（13-4）计算得到。这个区域的吸收光谱称为红外光谱（Infrared Spectroscopy，IR）。电子能级跃迁需要更高的能，相应的辐射频率更大，波长更短，一般可进入可见和紫外光区这个区域的吸收光谱叫做紫外光谱（UltravioletSpectroscopy, UV)
一般转动能级差较小，需要远红外辐射;振动能 级差比转动能级差大，需要的辐射频率也增大，进 入中红外区。中红外区电磁波波长（频率）为 25μm(4OOcm1)〜2.5μm(4OOOcm1)。该区域电磁波辐 射的能量范围可由式（13-4)计算得到。这个区域的 吸收光谱称为红外光谱（Infrared Spectroscopy ， IR) 。 电子能级跃迁需要更高的能 ，相应的辐射 频率更大，波长更短，一般可进入可见和紫外光区。 这个区域的吸收光谱叫做紫外光谱（Ultraviolet Spectroscopy, UV)
13. 2分子的振动与红外吸收分子中的原子不是同定在一个位置上，而是不停地振动。如双原子分子，两个原子由化学键相连就像两个用弹簧连接的球体一样（图13-1），两个原子的距离可以发生变化。分子随原子间距离的增大，能增高，分子从较低的振动能级变为较高的振动能级。这种能级跃迁需要红外光辐射提供能量。对于一定原子组成的分子，这两个能级之差是一定的，根据△E=hu可知，需要的红外光波长（频率）也是一定的。也就是说，对于特定分子或基团，仅在一定的波长（频率）发生吸收。红外谱图中，从基态到第一激发态的振动吸收信号最强所以红外光谱主要研究这个振动能级跃迁产生的红外吸收峰
13.2 分子的振动与红外吸收 分子中的原子不是同定在一个位置上，而是不 停地振动。如双原子分子，两个原子由化学键相连， 就像两个用弹簧连接的球体一样（图13-1 )，两个 原子的距离可以发生变化。分子随原子间距离的增 大，能增高，分子从较低的振动能级变为较高的振 动能级。这种能级跃迁需要红外光辐射提供能量。 对于一定原子组成的分子，这两个能级之差是一定 的，根据ΔΕ=hυ可知，需要的红外光波长（频率） 也是一定的。也就是说，对于特定分子或基团，仅 在一定的波长（频率）发生吸收。红外谱图中，从 基态到第一激发态的振动吸收信号最强所以红外光 谱主要研究这个振动能级跃迁产生的红外吸收峰
一般而言，一种振动方式相应于一个强的吸收峰。但应该注意的是只有能引起偶极矩变化的振动才会产生红外吸收。对于一些对称分子如H2、N2、C1,等则无红外吸收，00000图13-1双原子分子伸缩振动
一般而言，一种振动方式相应于一个强的吸收 峰。但应该注意的是只有能引起偶极矩变化的振动， 才会产生红外吸收。对于一些对称分子如H2、N2、 C12等则无红外吸收
多原子分子，因原子个数和化学键的增加，它的振动方式也变得复杂了。如三原子分子可有三种振动方式（图13-2）。随原子数目增加，分子振动方式增加很快。一般多原子分子振动方式为3n-6种（n为分子中原子的个数）。因为振动方式是相应于红外吸收的，振动方式越多，红外吸收峰越多。因此一般有机化合物的红外光谱是较复杂的。如苯的红外光谱就有30多个吸收峰。对每一个吸收峰都进行解析是不可能的，注意力应放在那些较强的特征吸收峰(基频峰）上，研究官能团与这些特征吸收的关系，以达到识谱的目的
多原子分子，因原子个数和化学键的增加，它 的振动方式也变得复杂了。如三原子分子可有三种 振动方式（图13-2)。随原子数目增加，分子振动方 式增加很快。一般多原子分子振动方式为3n-6种（n 为分子中原子的个数）。因为振动方式是相应于红 外吸收的，振动方式越多，红外吸收峰越多。因此 一般有机化合物的红外光谱是较复杂的。如苯的红 外光谱就有30多个吸收峰。对每一个吸收峰都进行 解析是不可能的，注意力应放在那些较强的特征吸 收峰(基频峰)上，研究官能团与这些特征吸收的关 系，以达到识谱的目的
伸缩面内弯曲面外弯曲图13-2三原子分子的振动方式