PL 
EnglishDomyślny
Українська🔬 Spektroskopia molekularna
Zmieniaj temperaturę, szerokość linii i stężenie, by zobaczyć pojawiające się pasma oscylacyjne i pogłębiającą się absorpcję Beera-Lamberta w widmie molekularnym.
Podobne symulacje
O tej symulacji
Ta symulacja wizualizuje spektroskopię absorpcji w podczerwieni pięciu popularnych cząsteczek — H₂O, CO₂, CH₄, HCl i NH₃ — wykorzystując prawo Beera-Lamberta. Pasma oscylacyjne każdej cząsteczki są modelowane jako linie absorpcji Lorentza przy ich rzeczywistych podstawowych liczbach falowych, a dla lekkich rozciągnięć zbliżonych do dwuatomowych model dodaje rotacyjną strukturę subtelną gałęzi P i R z przybliżenia sztywnego rotora. Towarzyszący diagram poziomów energetycznych pokazuje przejście oscylacyjne v=0 → v=1 stojące za każdym pasmem, dzięki czemu widmo można bezpośrednio powiązać z leżącym u jego podstaw skokiem kwantowym.
🔬 Co pokazuje
Syntetyczne widmo transmitancji IR od 400 do 4000 cm⁻¹ zbudowane z rzeczywistych pasm absorpcji każdej cząsteczki (np. mody 1595, 3400 i 3756 cm⁻¹ H₂O; mody 667 i 2349 cm⁻¹ CO₂). Silne pasma rozciągające o znacznej stałej rotacyjnej B wyświetlają rozdzielone linie rotacyjne P/R, których względne intensywności podążają za czynnikiem populacji Boltzmanna przy wybranej temperaturze.
🎮 Jak korzystać
Wybierz cząsteczkę z listy rozwijanej (H₂O, CO₂, CH₄, HCl, NH₃). Przeciągnij suwak temperatury (80–1500 K), by zmienić obsadzenie poziomów i poszerzenie pasm, suwak rozdzielczości (0,5–50 cm⁻¹), by wyostrzyć lub rozmyć rotacyjną strukturę subtelną, oraz suwak Stężenie × Droga (0,1–5), by skalować absorbancję zgodnie z prawem Beera-Lamberta. Pole informacyjne pod elementami sterującymi aktualizuje się faktami o pasmach wybranej cząsteczki.
💡 Czy wiesz, że...
HCl ma jedno z najczystszych widm rotacyjno-oscylacyjnych spośród wszystkich cząsteczek — jego linie gałęzi P i R są równomiernie rozmieszczone w odstępach około 2B, a przy wysokiej rozdzielczości można nawet dostrzec różnicę mas między izotopami ³⁵Cl i ³⁷Cl jako drobne dublety w każdej linii.
Najczęściej zadawane pytania
Co opisuje tutaj prawo Beera-Lamberta?
Prawo Beera-Lamberta wiąże absorbancję ze stężeniem i długością drogi optycznej: A jest proporcjonalne do c razy l razy współczynnik absorpcji cząsteczki. W tej symulacji suwak Stężenie × Droga bezpośrednio skaluje ten iloczyn, więc wyższe wartości przesuwają więcej pasm w stronę pełnej absorpcji (transmitancja bliska zeru), a niższe pozostawiają widmo w większości przezroczyste.
Dlaczego niektóre pasma mają strukturę subtelną, a inne nie?
Rotacyjna struktura subtelna pojawia się tylko dla silnych pasm rozciągających cząsteczek o wystarczająco dużej stałej rotacyjnej B, takich jak HCl i NH₃. Pasma zginające i kombinacyjne oraz cząsteczki o bardzo małym B, jak CO₂, są renderowane jako proste, gładkie linie Lorentza, ponieważ ich odstępy rotacyjne byłyby zbyt drobne lub populacja zbyt rozproszona, by miało to znaczenie dla wizualizacji.
Jak temperatura wpływa na widmo?
Temperatura wpływa na dwa sposoby: czynnik Boltzmanna nieznacznie zmienia efektywną intensywność każdego pasma, a dla pasm z rozdzieloną strukturą rotacyjną przekształca obwiednię gałęzi P/R, ponieważ przy wyższej temperaturze bardziej obsadzone są wyższe poziomy rotacyjne J. Podniesienie suwaka temperatury poszerza więc i redystrybuuje intensywność wzdłuż linii rotacyjnych kwalifikujących się pasm.
Co fizycznie reprezentują linie gałęzi P i R?
Są to przejścia rotacyjno-oscylacyjne towarzyszące skokowi oscylacyjnemu. Linie gałęzi R (ΔJ = +1) leżą powyżej środka pasma, a linie gałęzi P (ΔJ = −1) poniżej, w odstępach odpowiednio około 2B(J+1) i 2B·J. Ich względne wysokości podążają za rozkładem populacji (2J+1)·exp(−hcBJ(J+1)/kT), dlatego obwiednia gałęzi ma charakterystyczny szczyt oddalony od środka pasma.
Czy to jest prawdziwe obliczenie kwantowo-mechaniczne?
To uproszczony, ale fizycznie ugruntowany model, a nie pełne obliczenie ab initio. Pozycje i intensywności pasm pochodzą z rzeczywistych wartości eksperymentalnych, kształty linii wykorzystują standardową funkcję poszerzania Lorentza, a rotacyjna struktura subtelna wykorzystuje podręcznikowy wzór gałęzi P/R sztywnego rotora z prawdziwym czynnikiem populacji Boltzmanna — wystarczająco, by odtworzyć jakościowy i częściowo ilościowy wygląd prawdziwego widma IR.