Eðlisefnafræði 4

ATH: Tilgreindir nemendur leysa viðkomandi dæmi í tímanum (17.10.03) og "merktir"(*) nemendur skila úrvinnslum á tölvutæku formi sem WORD skrám til birtingar á veraldarvefnum viku síðar (24. september, 2003).

A. (Kristmann*) IR litróf H³⁵Cl (sbr verkleg æfing 37 í SGN6 og GNS7^#)
Nokkrar litrófstoppar í IR litrófi H³⁵Cl sameindarinnar eru tilgreindir í meðfylgjandi töflu:

a) Finnið n (cm^-1) og B (cm^-1) skv. 1^o nálgun og berið gildin saman við mæligildi (n (cm^-1) = 2990 og B(cm^-1) = 10.59).
b) Finnið n (cm^-1) og B (cm^-1) skv. 2^o nálgun og berið gildin saman við mæligildi.
c) Ákvarðið raunstuðlana (nx_e(cm^-1) og x_e) og berið saman við viðurkennd gildi skv. heimildum [1,2]. (sjá úrlausn)

B. (María*) Greining rafeindarófa með titringslögun (sjá SGN6, æfing 40; GNS7: æfing 39^#; EE2):
Ákvarðið litrófsstuðlana T_e´, w_e´, w_ex_e´, w_e´´ og w_ex_e ´´ fyrir I₂ sameindina út frá meðfylgjandi mæligögnum og berið saman við viðurkennd gildi skv. heimildum [1,2].

0 -> v´	l(nm)	1 -> v´	l(nm)	2 -> v´	l(nm)
17	567.2	15	581	10	607.3
18	564.2	16	577.8	11	603.1
19	561.5	17	574.2	12	599.1
20	558.5	18	571.3	13	595.5
21	555.8	19	568.3	14	591.8
22	553.0	20	565.2	15	588.1
23	550.1	21	559.6	16	584.8
24	547.8	22	556.9	17	581.2
25	542.7	23	554.2	18	578.1
26	540.7	24	551.8	19	575.1
27	538.5	25	569.0	20	572.4

Skiladæmi (ATH: skilið eigi síðar en í fyrirlestrartímanum , þriðjudaginn 21.10.03)

1. Örbylgjuróf vs snúningstilfærslur:
Gleypnilitrófslínur samsætusameindanna ¹²C¹⁶O og ¹³C¹⁶O vegna snúningstilfærslnanna J = 0 -> J = 1 greinast við 3.84235 cm^-1 (¹²C¹⁶O) og 3.67337 cm^-1 (¹³C¹⁶O). Finnið:

a) tengjalengd ¹²C¹⁶O sameindarinnar skv. þessu.
b) atómmassa 13C miðað við 12C (amu = 12) skv. þessu
c) tengjalengd ¹³C¹⁶O sameindarinnar skv. þessu.
d) ræðið niðurstöðurnar.

2. IR virkar titringstilfærslur:
Línuleg AB₂ sameind hefir annað hvort sameindalögunina B-A-B eða A-B-B. IR róf efnisins í gasfasa sýnir róf fyrir þrjár grunntíðnir (þrjú titringsform). Hver er sameindalögun efnisins skv. þessu? (

4. Hágæða IR róf OH stakeindarinnar:
Litrófsstuðlar OH stakeindarinnar (í grunnorku-rafeindaástandi) eru w_e= 3737.76 cm^-1, w_ex_e = 84.8813 cm^-1 og B = 18.9108 cm^-1 . Finnið bylgjutölur litrófstoppa í hágæða IR rófi
a) -sem tilheyra P línuröðinni fyrir snúningsskammtaölur J´= 0,1 og 2 og
b) -sem tilheyra R línuröðinni fyrir snúningsskammtatölur J´´ = 0,1 og 2

5. Litrófsstuðlar og Tengiorka skv. litrófsgreiningu:
Ákvarðið litrófsstuðla (w_e , w_ex_e og w_e y_e) og tengiorku vetnissameindajónarinnar (H₂⁺ ) út frá eftirgreindum bylgjutölugildum fyrir bil milli titringsskammtaþrepa jónarinnar í orkulægsta rafeindaástandi sínu:

6. Mættisferlar og tengiorkur skv. litrófsgreiningu.
Tengiorka NO sameindarinnar í grunnorku-rafeindaástandi sínu (X(² P)) miðað við lágmarkstitringsorku (þ.e. D₀) er 6.6 eV. Orka lægsta (v´= 0) titringsþreps orkuríka rafeindaástandsins B(² P) er 5.7 eV hærri en orka lægsta (v´´=0) titringsþreps grunnorku-rafeindaástandsins. Tengjarofnun grunnástands sameindarinnar leiðir til myndunar viðkomandi frumeinda í grunnorku ástöndum sínum (N(⁴S) + O(³P)), en tengjarofnun sameinda í B(²P) ástandinu leiðir til myndunar frumeindana N(²D) + O(³P). Orka N(² D) frumeinda er 3.3 eV meiri en orka köfnunarefnisfrumeinda í grunnorkuástandi. Rissið upp mynd af viðeigandi mættisferlum NO sameindarinnar og ákvarðið tengiorku sameindanna m.t.t. myndunar N(²D) + O(³P) frumeindanna.

7. Líftími ljómunar:
Til að mæla líftíma ljómunar frá sameindum er styrkur ljómunar mældur sem fall af tíma í kjölfar örvunar með ljósblossa eða LASER-geisla púls. Styrkur ljómunar frá lífrænu litarefni mældist eftirfarandi:

ljómunarstyrkur	tími / ns
1.1 x 10⁴	0
4.9 x 10³	5
2.3 x 10³	10
1.3 x 10³	15
5.6 x 10²	20

a) Hver er liftími ljómunarinnar? (svar: 6.9 ns)
b) Hvort er um að ræða flúrljómun eða fosfórljómun? Rökstyðjið.

8. Kjarnspuni og kjarnspunatilfærslur :

a) Kjarnspunaskammtatala ³⁹K frumeindakjarnans er 3/2 og g-stuðull kjarnans er 0.2606. i) Hve margar afstöður getur slíkur kjarni haft til álagðs segulsviðs? ii) Fyrir hvaða rafsegulbylgjutíðni (Hz) getur spunastefnubreyting átt sér stað í 1.0 Tesla segulsviði?

b) ¹¹B kjarninn hefir spunaskammtatöluna I = 3/2 og g-stuðulinn 1.7920. Fyrir hvaða segulsviðsstyrk fæst gleypni vegna kjarnspunatilfærslna fyrir tilstilli 60 MHz rafsegulbylgjugeislunar?

9. Ýmis grundvallaratriði kjarnarófsgreiningar:

Bil milli -OH og CH₃ róteindatoppa í ¹H-NMR rófi skráð á 60 MHz NMR tæki efnafræðiskorar mælist d = 1,5 ppm.
a) Hver er mismunur á segulsviðsstyrk þar sem þessar róteindir gleypa?
b) Hver væri mismunurinn í tíðni örvunarbylgna sem orsökuðu gleypni ef segulviðinu væri haldið óbreytt?
c) Hver væri hliðrunin ( d ), mismunurinn í segulsviðsstyrk og tíðnimismunurinn ef sama tilraun væri framkvæmd í 250 MHz tæki H.Í.? (svar: c) 8.8x10^-6 T)

#
SGN6: "Experiments in Physical Chemistry" eftir D.P. Shoemaker, C.W. Garland og
J.W. Nibler, 6. útg., 1996.
GNS7: "Experiments in Physical Chemistry" eftir C.W. Garland,
J.W. Nibler og D.P. Shoemaker,7. útg., 2003.

[1] Hüber, K. P.; Herzberg, G. Constants of Diatomic Molecules; Van Nostrand-Reinhold: New York, 1979
[2] http://webbook.nist.gov/chemistry/form-ser.htm

J´´	0	1	2	3	4	5	6
P(cm^-1)	-	2865.10	2843.62	2821.56	2798.94	2775.76	2752.04
R(cm^-1)	2906.24	2925.90	2944.90	2963.29	2981.00	2998.04

v´	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16
v´´	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
DE/cm^-1	2191	2064	1941	1821	1705	1591	1479	1368	1257	1145	1033	918	800	677	548	411