zum Directory-modus

Rotationsschwingungsspektren

Rotationsschwingungsspektrum

Wie schon erwähnt, treten in der Infrarotspektroskopie keine reinen Schwingungen auf. Die Energie, die zu einer Anregung einer Schwingung aufgebracht werden muss, reicht auch immer, um Rotationsübergänge von Molekülen hervorzurufen. Deshalb spricht man von Rotationsschwingungsspektren. Man beachte, dass man Rotationsschwingungsspektren nur von Gasen mit einzeln aufgelösten Banden erhält. Bei Flüssigkeiten und Festkörpern sind die Banden breit, da die zwischenmolekularen Wechselwirkungen zu stark sind, damit Moleküle ungehindert rotieren können. Bei Rotationsschwingungsspektren überlagern sich die Rotationsübergänge und die Schwingungsübergänge. Man kann die Gesamtenergie des Rotationsschwingungsüberganges als Summe der Energie der Rotation und der Energie der Schwingung betrachten:

Eges = Evib + Erot Eges = ( v + 1 2 ) h ν + h c0 B J ( J + 1 )

Man beachte bei diesem Ausdruck, dass die Anharmonizität der Schwingungen und die Zentrifugaldehnung, die bei den Rotationen der Moleküle auftreten, hiernach nicht berücksichtigt sind. Für genaue Berechnungen müssen die einzelnen Terme korrigiert werden.

Abb.1
Rotationsschwingungsspektrum von Kohlenmonoxid

Betrachtet man nun das Rotationsschwingungsspektrum von Kohlenmonoxid, dann erkennt man, dass dieses aus drei Teilen (R-,Q-,P-Zweig) besteht.

Der Grund für die Form des Spektrums sind die Auswahlregeln, wie untenstehendes Bild zeigt:

Abb.2
Rotationsschwingungsspektrum - Termschema

Bei einem Schwingungsübergang (hier von v = 0 v = 1 ) ändern sich gleichzeitig die Rotationsübergänge um Δ J = ± 1 . Das heißt also, es erfolgen Übergänge von einem Rotationsniveau des Schwingungsgrundzustandes ( v = 0 ) zum nächsthöheren oder nächstniederen Rotationsniveau des ersten angeregten Schwingungszustandes ( v = 1 ). Dadurch beobachtet man in einem Rotationsschwingungsspektrum viele Linien, die in mehrere sogenannte Zweige zerfallen.

Tab.1
Zusammenfassung
SchwingungsübergangRotationsübergangZweigBemerkungLage der Linien
v = 0 v = 1 Δ J = + 1 R-Zweig Addition der Rotationsenergie zur Schwingungsenergie ν = ν 0 + 2 B ( J + 1 )
v = 0 v = 1 Δ J = - 1 P-Zweig Subtraktion der Rotationsenergie von der Schwingungsenergie ν = ν 0 2 B J
v = 0 v = 1 Δ J = 0 Q-Zweig Übergang laut Auswahlregel verboten ν = ν 0

Die Rotationslinien innerhalb des R-Zweiges findet man bei ν 0 + 2 B , ν 0 + 4 B , usw. Die Linien innerhalb des P-Zweiges treten dagegen bei ν 0 - 2 B , ν 0 - 4 B , usw. auf.

Seite 16 von 16>