词条 | 振动自由度 |
释义 | 定义分析化学中,分子基本震动数目,或独立振动数目。 原理分子的运动由平动、转动和振动三部分组成。平动可视为分子的质心在空间的位置变化,转动可视为分子在空间取向的变化,振动则可看成分子在其质心和空间取向不变时,分子中原子相对位置的变化。对于一个原子数为 N 的分子来说, 总共具有 3N个运动自由度, 需要3个空间坐标来确定这个分子质心的位置,如果这个分子是非直线的,则需要3个坐标来确定分子在空间的取向;如果是直线分子,2个坐标就可以确定分子在空间的取向。因此需要6个坐标确定非线性分子的平动和转动自由度,5个坐标确定线性分子的平动和转动自由度。在确定分子的平动和转动自由度数量后,剩下的就是分子的振动自由度。从以上的讨论可以看出,一个非线性(非直线)分子具有 3N-6 个振动自由度,线性(直线)分子具有 3N-5 个振动自由度。每个振动自由度代表一种独立的振动方式,称为简正模式(normal modal)。在简正模式中,分子的质心和空间取向保持不变,每个原子以相同的频率在平衡位置附近振动,同时通过平衡点。间歇振动模式是分子最基 本的振动方式。 外在表现分子的振动自由度可以通过红外光谱的吸收峰来体现。从原则上讲,每一个振动自由度相当于红外区的一个吸收峰,但实际的红外吸收峰的数目常少于振动自由度的数目。这是因为:不伴随偶极变化的振动没有红外吸收峰;振动频率相同的不同振动形式会发生简并;分辨率不高的仪器很难将频率接近的吸收峰分开; 灵敏度不够的仪器检测不出弱的吸收峰。 |
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