Page 34 - KP_no15full

Izotóp-hIstórIa

1. ábra
kvantumok felfedezé-
sével a fizika fejlődésé-
nek tett szolgálataiért“.
Ezután vegyük
szemügyre a deutéri-
um-helyettesítés hatá- http://hu.wikipedia.org/wiki/max_planck
sát az infravörös
spektrumra, amelyet Max Planck
nem a frekvencia, ν
hanem a hullámszám, ν* = ν/c [cm ]
-1
függvényében szoktak ábrázolni.(1. ábra)
A pirokatechin
két hidroxil-
csoportja kétféle 50 %-ban deuterált pirokatechin infravörös spektruma
állapotú, az egyik
szabadabban ahol k az erőállandó és μ = (m . m ) / (m A zéruspont energia fogal-
1
1
2
végez rezgéseket, + m ) a rezgésben lévő rendszer redukált ma lehetővé teszi, hogy a kinetikus
2
míg a másik hid- tömege. Mivel az erőállandó a két izotó- izotóp-effektust szemléletesen ábrázol-
rogén-kötésben pos kötésre nem különbözik, a frekvenci- juk.(2. ábra)
van. Ennek meg- ák különbsége a redukált tömegek Ha egy C–H, ill. C–D kötés gázfázisban
Pirokatechin felelően kétféle különbségétől származik: pl. esetünkben disszociál, a kötések alapállapotának
energiájú vegyértékrez- O–H kötésre √(16/17) = 0.970, O–D különbsége (ΔZPE) a disszociációs energi-
gések nyoma látszik az infravörös spekt- kötésre √(32/18) = 1.33. Ennek alapján a ák különbségében tükröződik. A disszoci-
rumban. A szabadabb rezgés 3460 cm frekvenciák hányadosa: áció útjában ugyanis a stabilis kötéseket
-1
energiájú fényt nyel el, míg a hidrogénkö- reprezentáló energia-völgyből a felszakadt
tésű OH kisebb (3330 cm ) energiájú ν /ν = 1.33 / 0.970 = 1.375 kötéseknek megfelelő energia-plátóra való
-1
D
H
abszorpciót jelez. A deutérium helyettesí- feljutáshoz szükséges energia elnyelése
tés következtében az elnyelések helye míg a spektrum sávok hányadosa: 3460 / áll. A hidrogént tartalmazó kötés tehát
jelentősen eltolódik (2560 és 2470 cm ), 2560 = 1.352, ill. 3330 / 2470 = 1.348, kisebb energia felvételével disszociálhat,
-1
ami azt jelzi, hogy az O–D kötés rezgése amelyek jó közelítésben egyenlők a számí- mint a nála alapállapotban alacsonyabb
alacsonyabb energiánál következik be. tott értékkel és nincsenek messze a √2 = energiaszinttel jellemezhető C–D kötés.
Megjegyzendő, hogy a spektrum-sávok a 1.41 értéktől. Mint látható, a redukált Amennyiben a kötések újabb kötésekbe
rezgések alapállapotból (a legkisebb ener- tömeg értékét a kisebb tömeg (H, ill. D) alakulnak át, úgy a reakció termékeit is
giájú állapotból) történő gerjesztéséhez határozza meg. energia-völgy reprezentálja. A két völgy
tartoznak. A kvantummechanika követ-
kezménye az, hogy a kémiai kötések rez-
géseinek energiaszintjeit számítani tud- 2. ábra
juk. Az n-edik energiaszint értéke:
E = (n + ½) hν, tehát az n = 0 szint-
n
hez tartozó, úgy nevezett zéruspont ener-
gia (ΔZPE) értéke nem nulla, hanem E =
0
½ hν. Ebből következően a zéruspont
energiák az izotópos helyettesítés követ-
keztében különböznek (ΔZPE):
ΔZPE =E –E = ½ h (ν –ν )
0
0
H
D
D
H
A kémiai kötés alapállapotban harmo-
nikus rezgéseket végez, amelynek frekven-
ciáját a következő képlettel számíthatjuk:
ν = 1/2π √(k/μ) Izotópos kötések disszociációs energiája

34 15. szám, 2016. évfolyam 1. szám KémIaI panoráma