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Кыргызча🔬 Molekülspektroskopie
Interaktive Simulation der molekularen IR-Absorptionsspektroskopie. Wählen Sie ein Molekül (H₂O, CO₂, CH₄, HCl, NH₃), passen Sie Temperatur und Auflösung an, und erkunden Sie Schwingungs-Rotations-Absorptionsspektren nach dem Beer-Lambert-Gesetz.
Über diese Simulation
Diese Simulation visualisiert die Infrarot-Absorptionsspektroskopie von fünf gängigen Molekülen — H₂O, CO₂, CH₄, HCl und NH₃ — mithilfe des Beer-Lambert-Gesetzes. Die Schwingungsbanden jedes Moleküls werden als Lorentz-Absorptionslinien bei ihren realen Grundwellenzahlen modelliert, und für leichte, diatomartige Streckschwingungen fügt das Modell rotatorische P- und R-Zweig-Feinstruktur aus einer Starrer-Rotor-Näherung hinzu. Ein begleitendes Energieniveaudiagramm zeigt den v=0 → v=1-Schwingungsübergang hinter jeder Bande, sodass Sie das Spektrum direkt mit dem zugrundeliegenden Quantensprung verbinden können.
🔬 Was gezeigt wird
Ein synthetisches IR-Transmissionsspektrum von 400–4000 cm⁻¹, aufgebaut aus den realen Absorptionsbanden jedes Moleküls (z. B. die 1595-, 3400- und 3756-cm⁻¹-Moden von H₂O; die 667- und 2349-cm⁻¹-Moden von CO₂). Starke Streckschwingungsbanden mit nennenswerter Rotationskonstante B zeigen aufgelöste P/R-Rotationslinien, deren relative Intensitäten einem Boltzmann-Populationsfaktor bei der gewählten Temperatur folgen.
🎮 Bedienung
Wählen Sie ein Molekül aus dem Dropdown (H₂O, CO₂, CH₄, HCl, NH₃). Ziehen Sie den Temperaturregler (80–1500 K), um Niveaupopulationen und Bandenverbreiterung zu ändern, den Auflösungsregler (0,5–50 cm⁻¹), um die Rotationsfeinstruktur zu schärfen oder zu verwischen, und den Regler Konzentration × Weglänge (0,1–5), um die Absorbanz nach dem Beer-Lambert-Gesetz zu skalieren. Das Infofeld unter den Reglern aktualisiert sich mit Fakten zu den Banden des gewählten Moleküls.
💡 Wussten Sie schon?
HCl besitzt eines der saubersten Rotations-Schwingungs-Spektren aller Moleküle — seine P- und R-Zweig-Linien sind gleichmäßig um rund 2B beabstandet, und bei hoher Auflösung können Sie sogar den Massenunterschied zwischen den Isotopen ³⁵Cl und ³⁷Cl als winzige Dubletts in jeder Linie erkennen.
Häufig gestellte Fragen
Was beschreibt das Beer-Lambert-Gesetz hier?
Das Beer-Lambert-Gesetz setzt die Absorbanz in Beziehung zu Konzentration und Weglänge: A ist proportional zu c mal l mal dem Absorptionskoeffizienten des Moleküls. In dieser Simulation skaliert der Regler Konzentration × Weglänge dieses Produkt direkt, sodass höhere Werte mehr Banden in Richtung vollständiger Absorption (Transmission nahe null) drücken, während niedrigere Werte das Spektrum größtenteils transparent lassen.
Warum zeigen manche Banden Feinstruktur und andere nicht?
Rotationsfeinstruktur erscheint nur bei starken Streckschwingungsbanden von Molekülen mit ausreichend großer Rotationskonstante B, wie HCl und NH₃. Biege- und Kombinationsbanden sowie Moleküle mit sehr kleinem B wie CO₂ werden als einfache glatte Lorentz-Linien dargestellt, weil ihr Rotationsabstand zu fein oder die Population zu verteilt wäre, um für die Visualisierung eine Rolle zu spielen.
Wie beeinflusst die Temperatur das Spektrum?
Die Temperatur wirkt auf zwei Arten: ein Boltzmann-Faktor ändert leicht die effektive Intensität jeder Bande, und bei Banden mit aufgelöster Rotationsstruktur formt sie die Einhüllende des P/R-Zweigs um, da bei höherer Temperatur höhere J-Rotationsniveaus stärker besetzt werden. Ein höherer Wert am Temperaturregler verbreitert daher die Intensität und verteilt sie neu über die Rotationslinien der betreffenden Banden.
Wofür stehen die P- und R-Zweig-Linien physikalisch?
Es handelt sich um Rotations-Schwingungs-Übergänge, die den Schwingungssprung begleiten. Die R-Zweig-Linien (ΔJ = +1) liegen oberhalb der Bandenmitte und die P-Zweig-Linien (ΔJ = −1) darunter, mit einem Abstand von etwa 2B(J+1) beziehungsweise 2B·J. Ihre relativen Höhen folgen der Populationsverteilung (2J+1)·exp(−hcBJ(J+1)/kT), weshalb die Einhüllende des Zweigs ein charakteristisches Maximum abseits der Bandenmitte aufweist.
Ist dies eine echte quantenmechanische Berechnung?
Es ist ein vereinfachtes, aber physikalisch fundiertes Modell und keine vollständige Ab-initio-Berechnung. Bandenpositionen und -intensitäten stammen aus realen experimentellen Werten, die Linienformen verwenden eine Standard-Lorentz-Verbreiterungsfunktion, und die Rotationsfeinstruktur nutzt die klassische Formel des starren Rotators für P/R-Zweige mit einem echten Boltzmann-Populationsfaktor — genug, um das qualitative und semi-quantitative Erscheinungsbild eines echten IR-Spektrums nachzubilden.
Ändern Sie Temperatur, Linienbreite und Konzentration, um zu sehen, wie Schwingungsbanden entstehen und die Beer-Lambert-Absorption in einem Molekülspektrum zunimmt.
3D · Three.js-/WebGL-Renderer · Ziel 60 FPS · läuft vollständig clientseitig, keine Installation nötig