Симетрични и асиметрични валентни трептения

Преди да разгледаме симетричното и антисиметричното валентно трептене, нека разгледаме ИЧ спектъра на дибутиламина. Това е формулата на дибутиламина. Започвам, като прекарвам линия около 3000, и знаем, че вдясно от нея очакваме да намерим ивицата за трептенето на въглерод-водородната връзка, като говорим за sp3-хибридизиран въглерод. Това е областта за връзка с водород в ИЧ спектъра. Обърни внимание, че имаме друга ивица ето тук, като тази ивица има по-голямо вълново число от трептенето на връзката въглерод-водород. Ако се спусна дотук, мога да изчисля приблизително вълновото число. То е приблизително... това е 31, 32, 33. Значи приблизително при вълново число 3300 имаме друга ивица, значи друга връзка с водороден атом. Това е трептенето на връзката азот-водород, трептенето на ето тази връзка ето тук. В цикламено – трептенето на ето тази връзка азот-водород. Сега да сравним здравината на тази връзка с връзката въглерод-водород ето тук, където въглеродът е sp3-хибридизиран. Знаем от предното видео, че вълновото число зависи от две неща. Знаем, че зависи от коефициента на еластичност k, и от приведената маса. Приведената маса за тези две връзки е приблизително еднаква. Ако изчислиш приведените маси на азот-водород и на въглерод-водород, ще получиш почти еднакви стойности за приведените маси. Така че не това влияе на различните вълнови числа на тези ивици. Остава да е коефициента на еластичност. Трябва да е k. Тъй като връзката азот-водород има по-голяма дължина на вълната, ивицата трябва да се появи при по-високо вълново число, което означава, че тази връзка е по-здрава, защото с увеличаване на коефициента на еластичност се увеличава силата на връзката, увеличава се вълновото число. Увеличава се честотата. Така че връзката азот-водород е по-здрава от връзката въглерод-водород, когато въглеродът е sp3-хибридизиран. Щом е по-здрава, е необходима повече енергия за еластичното разтягане на връзката. Нека набързо да разгледаме енергията. Енергията е равна на h, което е константата на Планк, по честотата. Затова енергията на фотона е равна на h по ν. ν е честотата, която знаем, че е свързана с вълновото число. Честотата е равна на вълновото число по скоростта на светлината. Разглеждахме го в предишно видео. Така че, ако вземеш този израз и го заместиш тук, ще видиш, че енергията е правопропорционална на вълновото число, т.е. получаваме, че Е е равно на h по вълновото число по скоростта на светлината. Това е една от причините да виждаме ИЧ спектрите дадени като вълнови числа, защото можем да направим връзка с енерегията. Ако се увеличи вълновото число, ако се увеличи вълновото число, това означава, че се увеличава енергията. Когато се движим в тази посока, когато се увеличава вълновото число, тогава се увеличава и енергията. Значи можеш да заключиш, че отнема повече енергия, че е необходима повече енергия, за да се разтегне по-здравата връзка. Необходима е повече енергия за разтягането на тази връзка азот-водород. Пак си представи връзката като пружина (осцилатор). Ако имаш много твърда или здрава пружина, е необходима повече енергия, за да бъде разпъната, в сравнение с по-мека, по-хлабава пружина. Затова тук говорим за енергията, като разглеждаме този типичен ИЧ спектър на вторичен амин. Този азот тук е свързан с два въглерода, затова това е вторичен амин. За вторичния амин ще имаме една ивица тук приблизително при 3300. Сега да сравним ИЧ спектъра на вторичен амин с друг амин, който е първичен амин. Да го сравним с бутиламин. Това е първичен амин. Азотът е свързан с един въглерод, затова имаме първичен амин. Да анализираме ИЧ спектъра. Отново спускам линия около 3000, като знаем, че това тук е разтягането на връзката въглерод-водород при sp3-хибридизиран въглерод. Сега подминаваме това и гледаме в областта на връзките с водород. Този път имаме ивица. Ако погледнем тук – тук има две ивици. Тази ивица, слизам надолу, това е приблизително 3300, значи имаме една ивица около 3300. После имаме друга ивица. Ще я оцветя в зелено. Тук имаме друга ивица, която е малко по-високо като вълново число. Спускам надолу – ивицата е приблизително при 3400. Знаем, че тук очакваме да намерим трептенето на връзката азот-водород. Значи имаме две ивици и трябва да определим какво се случва. Тук имаме работа със симетрично и антисиметрично валентно трептене. Да разгледаме двете формули на амини тук, и да обсъдим различията между симетричното и антисиметричното валентно трептене. Когато имаш симетрично валентно трептене, тези връзки трептят във фаза, синхронно. Можеш да си представиш, че водородите се отдалечават от азота едновременно. Това се нарича симетрично валентно трептене. Симетрично валентно трептене. А ето тук... ще скицирам какво става тук. Този път тези две връзки азот-водород трептят извън фаза. Ако този водород се премести насам, другият водород може да се приближава тук, така че това е антисиметрично валентно трептене. Ще го запиша. Това е антисиметрично валентно трептене. Ето това се случва. Затова получаваме тези две отделни ивици. Оказва се, че е нужна по-малко енергия за симетричното трептене. Щом е нужна по-малко енергия за симетричното трептене, тогава то е това, което откриваме при по-ниско вълново число. Спомни си, че вълновото число съответства на енергията. Значи е нужна по-малко енергия за симетричното трептене, така че това е тази ивица. Необходима е малко повече енергия за антисиметричното трептене. Следователно това е ивицата, ето тук горе. Получаваме две отделни ивици за нашия първичен амин. Две ивици. Това ни изкушава да кажем: "Имаме две ивици, защото имаме две връзки азот-водород. Това е връзка азот-водород, и това е връзка азот-водород." Но положението не е такова. Някои от молекулите имат симетрично трептене, а някои молекули имат антисиметрично трептене. Ето затова виждаме тези две отделни ивици. Хайде много бързо да сравним тези два различни амина. Вторичният амин ще даде само една ивица в нашия ИЧ спектър, докато първичният амин ще даде две ивици, нали? Тези две отделни ивици ето тук. Това трябва да имаме предвид. Също така трябва да отчитаме трептенето на връзката sp3 въглерод-водород тук. Например, ако имаме СН2 тук, значи СН2... ще представя тук две различни ситуации. Значи СН2 в молекула, може да имаш същото нещо. Може да имаш симетрично трептене и антисиметично трептене. Ако тези водороди се отдалечават едновременно, това е симетрично трептене. Но може да имаш и антисиметрично трептене като това. Отново, може да наблюдаваш антисиметрично трептене, което отнема малко повече енергия. Затова ще намериш тази ивица при малко по-голямо вълново число. Това е малка разлика, но имаш малко по-високо вълново число за това трептене. Това е причината защо е толкова трудно да се тълкува ивицата тук, под 3000 има много неща. Много е трудно да се отчетат всички детайли. Но запомни само, че това е къде да очакваш да намериш трептенето на връзката въглерод-водород, като имам предвид sp3 хибридизиран въглерод. И накрая да видим още един пример за симетрично и антисиметрично трептене. Това са киселина и хидрид. Да разгледаме ИЧ спектъра, просто обобщен ИЧ спектър за киселина и хидрид. Спускам линия при 1500. За да разделим двете области, тук спускахме линия при 3000. Знаем, че това тук е въглерод-водород. После имаме тези две интензивни ивици. Да видим къде приблизително се намират. Тази ивица тук... ще използвам различен цвят. Спускам надолу, къде приблизително е това? Това е 1500, 1600, 1700. Това е доста близко до... да кажем, че е 1760 за тази ивица. Значи 1760 вълново число за тази ивица. Сега другата ивица, спускам надолу. Това е малко след 1800. Да кажем, че е приблизително 1800. Имаме тези две различни, интензивни ивици за киселина и хидрид. Отново разглеждаме симетрични и антисиметрични трептения. Симетрично трептене... ще слеза тук надолу... ето този карбонил е това, за което говорим. Говорим за тази наистина интензивна абсорбционна ивица в областта на двойните връзки. Това е областта на двойните връзки в ИЧ спектъра. Имаме тези две интензивни ивици, като ивицата с по-малко вълново число се дължи на симетрично трептене. Този карбонил трепти във фаза с този карбонил, така че това е ивицата за симетричното трептене. Това е ето тази ивица, тук долу. И пак може да имаме антисиметрично трептене. Можем да имаме ето това разпъване и ето това свиване на пружината. Необходима е повече енергия за антисиметричното трептене, затова тук имаме по-висока ивица. Ако видиш ИЧ спектър и в него видиш тези две много интензивни ивици, значи имаме карбонил. Това тук е областта на двойните връзки. Имаме трептене на карбонилна група, с голям диполен момент, затова имаме голяма промяна на диполния момент при трептенето. Затова имаме тази интензивна ивица тук. После виждаме две ивици, защото имаме симетрично и антисиметрично трептене. Има и други примери на симетрично и антисиметрично трептене, но надявам се, че това е достатъчно, за да знаеш какво да търсиш в твоя ИЧ спектър.