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Methoden zur Beobachtung von Molekülschwingungen

Dipolmoment und Dipolmomentänderungen bei dreiatomigen linearen Molekülen

Für die Infrarot-Aktivität ist entscheidend, ob sich das Dipolmoment während der Schwingung ändert. Anhand der Grundschwingungen eines linearen dreiatomigen Moleküls (z.B. wie CO2 ) wird diese Änderung des Dipolmomentes dargestellt.

Abb.1
Abb.2

Negativer und positiver Ladungsschwerpunkt fallen in jeder räumlichen Phase zusammen. Es erfolgt keine Dipolmomentänderung.

Tatsächlich ist die symmetrische Valenzschwingung des gestreckten Moleküls nicht infrarot-aktiv, da diese Schwingung keine Änderung des Dipolmomentes bewirkt. Die beiden Sauerstoffatome bewegen sich simultan vom zentralen Kohlenstoffatom weg oder auf dieses zu. Es tritt keine periodische Gesamtänderung der Ladungsverteilung auf. Die Ladungsschwerpunkte der positiven und negativen Ladung fallen in jeder Phase der Schwingung zusammen. Das Dipolmoment ist gleich Null. Während der antisymmetrischen Valenzschwingung hingegen ändert sich das Dipolmoment und es tritt Infrarotabsorption auf. Ein Sauerstoffatom entfernt sich vom Kohlenstoffatom, währenddessen sich das andere Sauerstoffatom dem zentralen Kohlenstoffatom nähert. Die Ladungsverteilung verändert sich damit periodisch. Ähnlich ist es auch bei der Deformationsschwingung. Diese ist ebenfalls infarot-aktiv, da sich aufgrund der mit der Schwingung auftretenden gewinkelten Struktur die Dipolmomente während der Schwingung ändern.

antisymmetrische Valenzschwingung
Deformationsschwingung

Negativer und positiver Ladungsschwerpunkt entfernen sich bei jeder Schwingung voneinander. Es erfolgt eine Dipolmomentänderung.

Betrachtet man zusätzlich die Raman-Aktivitäten der Schwingungen des oben gezeigten dreiatomigen linearen Moleküls, so erkennt man, dass keine Schwingung gleichzeitig Raman-aktiv und infrarot-aktiv ist. Für ein Molekül mit Symmetriezentrum gilt demnach das Alternativverbot. Bei Molekülen ohne Symmetriezentrum (z.B. beim dreiatomigen gewinkelten Molekül) gilt das Alternativverbot nicht. Demzufolge können hier Schwingungen sowohl raman- als auch infrarot-aktiv sein.

Abb.5
Dipolmomentänderung bei einem dreiatomigen linearen Molekül

Die Amplituden der Schwingungen sind zur besseren Veranschaulichung übertrieben dargestellt.

Beispiele zum Alternativverbot

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