KÉMIAI ANYAGSZERKEZETTAN

KÉMIAI ANYAGSZERKEZETTAN

(Ábragyűjtemény)

2000 karácsony

x

y z

P

 r



2.1. ábra. A Descartes- és a polárkoordinátarendszer kapcsolata

2.1. táblázat A hidrogénatom komplex hullámfüggvényei

2 2

0 me

a h

e



a0

 r





   a^2e^

3 0 100

1   ^  _

  a (6 )e sin eⁱ 81

1 ₂³ _{2 3}

0 311



 



2 2

3 0

200 (2 )

2 4

1 ^

 

  a^  e^{ }







 

 _  a^ (6  )e^ sin e^i 81

1 ₂³ _{2 3}

0 1

31



 

 ^ cos

2 4

1 ₂³ ₂

0 210



 a _e (3cos 1)

6 81

1 2 2 3 2

3 0

320  ^  ^ 

  a e ^

 



 

 a e sin eⁱ 8

1 ₂³ ₂

0 211



   ^   ^

  a e sin cos eⁱ 81

1 ₂³ _{2 3}

0 321



 

 



 

 _  a^ e^ sin e^i 8

1 ₂³ ₂

0 1

21

 





 

 _  a^ e^ sin cos e^i 81

1 ₂³ _{2 3}

0 1

32

2 3 2

3 0

300 (27 18 2 )

3 81

1   ^

   a^   e^{ }

 

 

 a ^{2 2}e ^{3 2} e²ⁱ

3 0

322 sin

162

1 ^{ }







 

 (6 ) ^cos

81

2 ₂³ _{2 3}

0 310



 

 a e ^

 

 

 a ^{2 2}e ^{3 2} e ²ⁱ

3 0 2

32 sin

162

1   

 

2.2. táblázat A hidrogénatom komplex hullámfüggvényei

210 2

200 2

100

1  ,  , 

   

pz

s s





 



  ^sin cos

2 4

1 2

2 2 3 0 1

21 211 2



  

  a e

px





 



  ^sin sin

2 4

1 2

)

( ₂³ ₂

1 0 21 2 211



  



 i a e

py

310 3

300

3  , 

  

pz

s







 



  (6 ) ^sin cos

81 2 2

2 3 2

3 0 1

31 311 3



   

  a e

px







 



  (6 ) ^sin sin

81 2 2

2 3 2

3 0 1

31 311 3



   

 

 i a e

py

310 3

300

3  , 

  

pz

s







 



  ^sin cos cos

81 2 2

2 3 2 3 0 1

32 321 3



  

  a e

dxz







 



  ^sin cos sin

81 2 2

2 3 2 3 0 1

32 321 3



  

 

 i a e

dyz





 



  ^sin cos2

2 81

1 2

3 2 2 2 3 2 0

32 3 _{2 2} 322



  

 

 a e

y

dx

320

3 _{2 2} 

 

zr

d

0 5 1 0 0 1 0 0 5 1 0

R _{2 0}

R

  

2.2. ábra. A hidrogénatom Rnradiális hullámfüggvényei

1s 2p_x 2p_y 2p_z

3dX²- y² 3dz²

3dyz 3dxz 3dxy

z

y x

2.3. ábra. A hidrogénatom anguláris hullámfüggvényei

2.4. ábra. A hidrogénatom megengedett átmenetei

0 1 2 3

- 1 - 2 - 3 m _

z

2.5. ábra. Az 3hoz tartozó pályaimpulzusmomentum térbeli

kvantáltsága

2.6. ábra. Zeeman-effektus

2.7. ábra. Stern-Gerlach-kísérlet 3.1. táblázat. A héliumatom elektronállapotai

Konfiguráció n

1

2

1

s 2

s

L S J Állapot

1s

1 0

0

+1/2

+1/2 0 0 0 1

S

1s

2s

2 0

0

+1/2

+1/2 0 0 0 2

S

2 0

0

+1/2

+1/2 0 1 1 2

S

1s

2p

2 0

1

+1/2

+1/2 1 0 1 2

P

2 0

1

+1/2

+1/2 1 1 2 2

P

2 0

1

+1/2

+1/2 1 1 1 2

P

2 0

1

+1/2

+1/2 1 1 0 2

P

1S 2 4 . 5 8

e V

2 0 . 5 5 1 9 . 7 7

0

1P ¹D ¹F ³S ³P ³D ³F

2 S³ 2 P¹

2 P³ 2 S¹

1 S¹

( P a r a h é li u m ) ( O r t o h é l i u m )

3.2. ábra. A héliumatom energiaszint-diagramja

3.3. ábra. Emissziós spektrométer (elvi ábra)

3.4 ábra. Katódüreglámpa emissziós méréshez

3.5. ábra. Katódüreglámpa abszorpciós méréshez

+

+ +

-

-

  ₀, , , . . ._{1 2}

ü r e g e s k a t ó d

k e r á m i a s z i g e t e l é s

g y û r û a n ó d ü v e g

k v a r c

ü v e g

3.6. ábra. Neonnal töltött katódüreglámpa elnyelési színképe

3.7. ábra. Indukciósan csatolt plazma égő (ICP-égő)

C

E _C

_{( z )} 

(xz) 

(yz)

A

+1 +1 +1 +1 T

, 

,

, 

A

+1 +1 -1 -1 R

, 

B

+1 -1 +1 -1 T

,R

, 

B

+1 -1 -1 +1 T

,R

, 

4.1. táblázat. A C2v csoport karaktertáblázata

C

C 1 O 1

O 2 C 6

C 3 C 2 C 5

C 2 C 3

C

O F

H 2

H 1

H 6

H 3 C 1

C 4 H 4H 3

H 2 H 3 H 1

H 2 H 1

H 4

H 2

H 5 H 1 z

z x

z y

x y

x x

- y - z

- y ( a )

( c )

( b )

( d )

OO O

O

H H

H

H H H

CC C

C

x

z

y

- + +

-

( a )

( b ) ( c )

4.2. ábra. Molekulák térszerkezete (a) formaldehid

(b) metilfluorid (c) allén

(d) hidrokinon (anti-konformer)

4.3. ábra. A formaldehid két molekulapályája

C

H N

( a )

a c

c

c b

b

b

b

b b

c a

a a

H

H

H

H H

H

( b )

( c )

( g ) ( h )

( f )

( d )

( e )

C

C H

a

a

a a

cc

S

F

N N

C C

H H H

H H H

H O

H H H

C C

F F F

F F

b b

C O C C

C

5.2. ábra. A molekulák fő tehetetlenségi tengelyei.

5.3. ábra. A CO molekula forgási színképe

0

± 1

± 2

± 1 0 0

± 2

± 1 0

± 1 0 0

J = 0 , J = 1 , J = 2 , J = 0 , J = 1 , J = 2 ,

( a ) ( b )

5.4. ábra. Nyújtott (a) és lapított (b) szimmetrikus pörgettyű forgási energiaszintjei.

5.5. ábra. A J=7->J=8 átmenet K-szerinti felhasadása az SiH3NCS forgási színképében.

0 . 0

- 1 . 0 + 1 . 0

0 0

1 1

0 2 1 2 0 3 2 3 1 0

1 0 0 1 2

2 0 1 2 3

3

0 0 _{0 0}

1 _{1 1} 2 _{1 2} 2 _{2 1} 3 _{1 3} 3 _{2 2} 3 _{3 1}

1 _{0 1} 1 _{1 0} 2 _{0 2} 2_{1 1} 2 _{2 0} 3 _{0 3} 3 _{1 2} 3 _{2 1} 3 _{3 0}

J K JK - 1 K + 1 K J

K a p p a ( ) 

( a ) ( b )

5.6. ábra. Aszimmetrikus pörgettyű forgási energiaszintjei (a) nyújtott pörgettyű, (b) lapított pörgettyű,  szimmetriaparaméter.

5.7. ábra. A mikrohullámú spektrométer vázlata

6.1. ábra. Kétatomos oszcillátor potenciálgörbéje, energiaszintjei és hullámfüggvényei.

6.2. ábra. A HCl-gáz rezgési-forgási spektruma

O

C

H H

O

C

H H

O

C

H H

O

C

H H

O

C

H H

O

C

H H

Q₁(a₁)

Q₆ (b₂) Q₅ (b₂)

Q₄ (b₁)

Q₃ (a₁) Q₂ (a₁)

z x y

+ +

+ -

6.3. ábra. A formaldehid molekula normálrezgései

6.4. ábra. A metángáz infravörös színképének részlete

6.5. ábra. Az ammóniagáz infravörös színképe

6.6. ábra. Kristályos acetanilid infravörös színképe KBr pasztillában

6.7. ábra. Fourier transzformációs infravörös spektrométer I R f é n y f o r r á s

Á l l ó t ü k ö r

M o z g a t h a t ó t ü k ö r F é n y o s z t ó

M i n t a I R d e t e k t o r H e - N e l é z e r

V I S d e t e k t o r

6.8a. ábra. Acetongőzről készült interferogram

6.8b. ábra. A Fourier transzformációval kapott spektrum

6.8c. ábra. A spektrum a háttérrel történő osztás után

7.1. ábra. Molekulapályák előállítása atompályákból

1 s 2 s 2 p , 2 p_{x y}

1 s 2 s 2 p_z 2 p , 2 p_{x y}

_g1 s

_g2 s

_g2 p

_u1 s

_u2 s

_u2 p

_g2 p , _x _g2 p_y

_u2 p , _x _u2 p_y

*

*

*

*

*

*

*

*

*

7.2. ábra. A nitrogénmolekula molekulapályaenergia-diagramja

2p2p_xx, 2p, 2p_yy, 2p, 2p_zz

1s1s 1s1s

2s2s 2s2s

2p2p_xx, 2p, 2p_yy, 2p, 2p_zz

7.3a. ábra. A N2 molekula MO diagrammja. I. s-kombinációk

betöltött betöltött betöltetlen betöltetlen

kötőkötő lazító lazító

7.3b. ábra. A N2 molekula MO diagrammja. II. p-kombinációk

( (   *2p) * 2p)

( (  2p) 2p)

( ( 2p)  2p)

N atom

N atom

O atom O atom

7.4. ábra. A NO molekula MO diagramja

H atom

H atom HClHCl Cl atomCl atom

2s 2s 2p2p 3s 3s 3p3p_zz 1s1s

7.5. ábra. A HCl molekula MO diagramja

  *

  * _{  }* ^{n  }*

n

* ( L U M O )

 H O M O 

  * ^{n }*

*

 E

7.6. ábra. Elektronátmenetek és jelöléseik

2p 2p (b(b₂₂)) 1b

1b₁₁

2s2s (a (a₁₁)) HH₂₂C=C= =O=O

HH₂₂CC=O=O 5a 5a₁₁

3a3a₁₁ 1b1b₂₂ 4a4a₁₁

2b2b₂₂ bb₂₂

b b₁₁ aa₁₁

2p 2p (a(a₁₁,b,b₁₁))

a a₁₁

2p2p

(2b(2b₂₂))¹¹ (2b (2b₁₁))¹¹

betöltött betöltött betöltetlen betöltetlen

1b1b₁₁ 6 6aa₁₁ 22bb₁₁

2b 2b₂₂

7.7. ábra. A formaldehid MOED-je

E [ 1 0 0 0 c m ]^{- 1}

5 7 . 2 5 5 . 5 3 2 . 8 2 5 . 2

0 ¹A ₁

A ( b b )

3

2 2 1

A ( b b )

1

2 2 1

B ( b b )

1

1 1 1

B ( b a )

1

2 2 1

B ( b a )

1

1 1 1

n* n*

* n* *

*

*

*

*

*

 











7.8. ábra. Átmenetek a formaldehid elektronszínképében

7.9. ábra. Jablonski-diagram

V R

V R

S ₀ S ₁

T ₁ T ₂ S ₂

b e l s ő k o n v e r z ió ( I C )

s z in g u l e t t a b s z o r b c ió

I S C

I C

f lu o r e s z c e n c ia

t r ip le t t a b s z o r b c i ó

f o s z f o r e s z c e n c i a I C

V R : I S C : I C : S : T :

r e z g é s i r e l a x á c i ó

S p i n v á l t ó á t m e n e t ( I n t e r S y s t e m C r o s s i n g ) b e l s ő k o n v e r z i ó ( I n t e r n a l C o n v e r s i o n ) s z i n g u l e t t

t r ip l e t t

v = 0 v = n

s u g á r z á s n é l k ü l i á t m e n e t s u g á r z á s o s á t m e n e t

7.10. ábra. A benzol elektronszínképe (etanolos oldat)

7.11. ábra. A benzol elektronszínképe (gőz)

F é n y f o r r á s R é s

F é n y o s z t ó

M i n t a R e f e r e n c i a

D e t e k t o r o k O p t i k a i r á c s

7.12. ábra. Rodamin-B festék abszorpciós és emissziós színképe

7. 13. Ábra. Kétutas UV-látható abszorpciós spektrométer

7. 14. ábra. Egysugaras UV-látható abszorpciós spektrométer

F é n y f o r r á s R é s e k

F o t ó d i ó d a t ö m b

7.15. ábra Spektrofluoriméter

D e t e k t o r

O p t i k a i r á c s E M I S S Z I Ó S M O N O K R O M Á T O R

G E R J E S Z T É S I M O N O K R O M Á T O R

F é n y f o r r á s O p t i k a i r á c s

M i n t a