OKFH2-12

Транскрипт

1 ELEKTRIČNE OSOBINE

2 Električne osobine atoma i molekula uslovljavaju: ojavu dvojnog relamanja svetlosti ojavu olarizacije rasejane svetlosti dielektrične osobine međumolekulske interakcije ravila izbora u sektroskoiji Objašnjavaju se korišćenjem jednostavnih atomskih i molekulskih modela.

3 ELEKTRIČNE OSOBINE Neolarni i olarni molekuli olarizacija neolarnih molekula olarizacija olarnih molekula

4 ATOM I ELEKTRIČNO OLJE van električnog olja u električnom olju

5 OLARNI I NEOLARNI MOLEKULI neolarni molekuli centri i naelektrisanja se oklaaju olarni molekuli centri i nalektrisanja na izvesnom rastojanju (diolni moment)

6 DIOLNI MOMENTI olarnost molekula se izražava diolnim momentom : qr -q q r Tiično, q je naelektrisanje elektrona 1, C, r je reda 1 Å = m, dajući = 1, Cm. Konvencionalna jedinica za diolni momenat je debaj: 1 D = 3, Cm

7 ELEKTRONEGATIVNOST

8 DIOLNI MOMENTI VEZA I MOLEKULA Diolni momenti nastaju usled razlike u elektronegativnosti atoma vezanih hemijskom vezom, tako da je moguće svakoj vezi riisati određeni diolni moment. Diolni moment molekula je vektorska suma momenata svih veza. veza H-O H-N H-C C-Cl C-O C=O C-N CN / D 1,5 1,3 0,4 1,5 0,8,5 0,5 3.5

9 RIMERI NEOLARNIH MOLEKULA Imaju rotacionu i ogledalsku simetriju.

10 RIMERI OLARNIH MOLEKULA Izgubili nešto od rotacione i ogledalske simetrije!

11 DIOLNI MOMENTI VEZA I MOLEKULA ugljen dioksid, CO ozon, O 3

12 DIOLNI MOMENTI VEZA I MOLEKULA

13 DIOLNI MOMENTI VEZA I MOLEKULA

14 DIOLNI MOMENTI I ARCIJALNA NAELEKTRISANJA z x y z x y x i q i x i 3, D

15 ELEKTRIČNE OSOBINE Neolarni i olarni molekuli olarizacija neolarnih molekula olarizacija olarnih molekula

16 OLARIZACIJA MOLEKULA Kod neolarnih molekula, soljašnje električno olje izaziva razdvajanje centara i naeletrisanja i indukovanje diola, koji se orijentišu od dejstvom olja. Masa jezgra suviše velika distorzija elektronskog oblaka.

17 OLARIZACIJA NEOLARNIH MOLEKULA Kada se neolaran, izolovan molekul nađe u soljašnjem olju jačine F, u njemu se indukuje diol i : i F olarizabilnost - sosobnost indukovanja diolnog momenta u molekulu koji je izložen dejstvu električnog olja. Jedinica: Cm N / C C m N C m J / m C m J

18 OLARIZABILNOST olje duž z-ose može indukovati diol sa komonentama duž x i y osa. Kod neizotronih sredina olarizabilnost zavisi od ravca dejstva olja. 1 Srednja vrednost olarizabilnosti: 3 xx yy zz

19 ELEKTRONSKA OLARIZABILNOST jedinice: (4 o )10-30 m 3 = 1.11 x C m J -1 He 0.0 H O 1.45 O 1.60 CO 1.95 NH 3.3 CO.6 Xe 4.0 CHCl 3 8. CCl najmanja najveća

20 ZAREMINSKA OLARIZABILNOST Zareminska olarizabilnost : ' 4 0 ima jedinicu zaremine m 3, a njena vrednost je reda veličine zaremine molekula. ermitivnost vakuuma 0 =8, F/m.

21 I RAZLIČITIH SUSTANCIJA Sustancija / D 10 4 cm 3 He 0,00 0,0 H 0,00 0,8 N 0,00 1,77 HCl 1,08,63 NH 3 1,47, H O 1,85 1,48 CH 4 0,00,60 CH 3 Cl 1,01 4,53 CH Cl 1,57 6,80 CHCl 3 1,01 8,50 CCl 4 0,00 10,50

22 RELATIVNA ERMITIVNOST Kada su naelektrisanja q 1 i q na rastojanju r u vakuumu, otencijalna energija interakcije iznosi: 1 4 q1q r V 0 Kada su ista naelektrisanja uronjena u neku sredinu, njihova otencijalna energija se smanjuje: gde je ermitivnost sredine. 1 q1q 4 r V

23 RELATIVNA ERMITIVNOST Relativna ermitivnost (dielektrična konstanta) sredine: r 0 r ima značajan uticaj na interakciju između jona u rastvoru. rimer: r vode iznosi 75 na 5C, a se energija Kulonove interakcije smanjuje za blizu dva reda veličine u vodi u odnosu na vrednost u vakuumu. r ima veliku vrednost ako su molekuli sredine olarni i visoko olarizabilni.

24 OLARIZACIJA NEOLARNIH MOLEKULA E 0 jačina olja u vakuumu kada je ovršinsko naelektrisanje na ločama kondenzatora. E=E 0 / r jačina olja u dielektriku / 0 jačina olja indukovanih diola dielektrika olarizacija

25 OLARIZACIJA NEOLARNIH MOLEKULA olarizacija redstavlja gustinu indukovanih diola N i i srednji indukovani diolni moment N broj molekula u jedinici zaremine

26 OLARIZACIJA NEOLARNIH MOLEKULA F E - - E 0 E

27 E 0 - jačina olja u vakuumu / 0 - jačina olja dijelektrika /(3 0 ) - jačina olja na ovršini sfere r r E E E E 3 ) ( 3 1) ( r r o E E E E F Lokalno olje F koje deluje na svaki molekul:

28 3 ) ( / r A i E M N F N N OLARIZACIJA 0 1 r E 1) ( 3 ) ( / 0 r r A E E M N A r r m N M

29 MOZOTI-KLAUZIJUSOVA JEDNAČINA m r r 1 M N A 4 3 N A ' m molarna olarizacija neolarne sredine [m 3 /mol] Indukovana (distorziona) olarizacija D. D E A E N 3 0 A E A N 3 0 A A elektronska olarizacija atomska olarizacija

30 RIRODA SVETLOSTI Svetlost je elektromagnetni talas sa brzinom: 1 8 c 310 m / 0 0 s Električna komonenta elektromagnetnog zračenja interaguje elektrostatički sa elektronima atoma i molekula sredine kroz koju svetlost rolazi.

31 INTERAKCIJA SVETLOST MATERIJA Maksvelova elektromagnetna teorija r n n 1 M 1 3 N m n A 0 m R Da bi došlo do omeranja jezgara (uvijanja ili istezanja veza u molekulu) otrebna su olja manjih (odn. većih ) kada identičnost između refrakcije i olarizacije važi.

32 INDUKOVANA I DISTORZIONA OLARIZACIJA E E A E D 05 0, iz indeksa relamanja rimenom vidljive svetlosti M n n E ' r N N M n n A A m Merenjem n određuju se,, r olarnih i neolarnih molekula. Merenjem r određuje se r neolarnih molekula.

33 OLARIZACIJA I REFRAKCIJA E se meri reko n određenog vidljivom svetlošću refrakcije veza i elektronskih grua se izražavaju iz ekvivalenata refrakcije: H C CH H C R R R R C H C H C H C H C C C R R R R R R R R

34 REFRAKCIJA JONA Molarna refrakcija (samim tim i olarizacija) je aditivna veličina za jedinjenja sa kovalentnim vezama, ali ne i za jedinjenja sa jonskim vezama. A: N: K: R R R R R R R R R He F Ne R R R R R Li Na Cl Ar K Br Kr Rb I Xe Cs

35 ELEKTRIČNE OSOBINE Neolarni i olarni molekuli olarizacija neolarnih molekula olarizacija olarnih molekula

36 OLARIZACIJA OLARNIH MOLEKULA olarni molekuli zbog sastava i geometrije imaju nesimetričnu rasodelu naelektrisanja i ermanentni diolni moment. van olja haotična rasodela diola nema dorinosa ukunoj olarizaciji u soljašnjem olju dioli orjentacionom olarizacijom ( O ) dorinose ukunoj olarizaciji (zavisnost od F,, T) D O

37 OLARIZACIJA OLARNIH MOLEKULA Soljašnje olje može delimično orijentisati diole: F - dorinoseći ukunoj olarizaciji sredine orijentacionom olarizacijom O. Energija diola u električnom olju jačine F: je ugao između vektora i F. U F cos

38 OLARIZACIJA OLARNIH MOLEKULA - cos F d sin sferne koordinate rostorni ugao

39 OLARIZACIJA OLARNIH MOLEKULA - cos F d sin d d sin d e cos e U kt U kt d d

40 OLARIZACIJA OLARNIH MOLEKULA - cos F d sin d d sin d cos cos e d cos e F kt F kt cos d 0 0 e F kt e cos F kt cos sin d sin d

41 OLARIZACIJA OLARNIH MOLEKULA Srednji moment kojim olarni molekuli dorinose olarizaciji F / kt cos x a xe e ax ax dx dx Lanževenova funkcija: L(a) = f(a) e e a a e e a a 1 a L( a) st/ 1,0 0,8 0,6 zasi}enje 0,4 0, a=f/kt

42 OLARIZACIJA OLARNIH MOLEKULA razvijanje izraza e ax u red: e ax ax! 3! zadržavanje rva dva člana razvoja: 3 ax ax 1 1 xe ax dx 3 a, 1 1 e ax dx 1 a 3 F 3kT F 3kT

43 OLARIZACIJA OLARNIH MOLEKULA Ukuni diolni moment usled risustva sostvenih ermanentnih diola i usled indukcije: Ukuna olarizacija: Debajeva jednačina: kt F 3 M kt N r r A O D m T b a m k N b N a A A

44 OLARIZACIJA OLARNIH MOLEKULA Debajeva jednačina je bila rvi izraz koji je ovezao molekulski arametar (diolni moment) isitivane sustancije sa makroskoskim arametrom koji se može ekserimentalno meriti (električnom ermitivnošću). M kt N r r A O D m

45 a=n 3 ODREĐIVANJE DIOLNIH MOMENATA 1) Grafičkim utem. m se određuje merenjem r. m N A 3 0 3kT CH Cl 3 CH Cl tg =b CHCl 3 A CCl 4 CH 4 Odsečak je merilo, a nagib. 1/T

46 ODREĐIVANJE DIOLNIH MOMENATA ) Određivanjem m iz r i D iz n na datoj temeraturi: 0,018 ( D ) T D 4.7 ( D ) T 10 3 C m 3) Iz mikrotalasnih i radiofrekventnih sektara, koji obično redstavljaju rotacione (ređe rotaciono-vibracione) sektre.

47 ODREĐIVANJE DIOLNIH MOMENATA 4) Rastvaranjem olarne sustancije u neolarnom rastvaraču. 1, x1 1 x 1, r r 1 x1m 1 xm 1 olarizacija neolarnog rastvarača olarizacija olarne rastvorene sustancije 1 i 1, se određuju iz r ; se može izračunati.

48 OLARIZACIJA ZAVISI OD FREKVENCIJE