Soru:
Kimyasal bağ ve dipol moment
akash agarwal
2016-11-06 23:29:06 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Amonyağın amin tersine çevrildiğini biliyoruz. Her tersine döndüğünde dipolün yönü ters yönde değiştiğinden, amonyaktaki dipol momenti neden azalmaz?

Etkili dipol momenti sıfır olmamalı mı?

Bir düşünün, *** herhangi bir şeyin efektif dipol momenti, esasen sıfırdır, çünkü moleküller her zaman dönerler, bu yüzden dipolün yönü arada bir tersine değişir.
Muhtemelen simetrinin korunması nedeniyle - gerçek bir "ters çevirme" değil. [Moleküler simetri ile ilgili bu Wikipedia makalesine] bakın (https://en.wikipedia.org/wiki/Molecular_symmetry): "Benzer şekilde, amonyak (NH3), nitrojen inversiyonu olarak bilinen işlemle birbirine dönüştürülen iki eşdeğer piramidal (C3v) şekline sahiptir. . Bu, katı moleküllerin simetri işlemleri için kullanılan anlamda bir ters çevirme değildir, çünkü NH3'ün ters çevirme merkezi yoktur. Aksine, enerji açısından uygun olan kütle merkezi (nitrojene yakın) etrafındaki tüm atomların bir yansımasıdır. bu molekül için.
Amonyaktaki "tersine dönme", rüzgarlı bir günde biri yanlış yoldan açıldığında görülen "şemsiye" hareketi olarak da adlandırılır; C3v, diğer yöne ve geriye doğru işaret etmek için D3h'ye C3v'ye dönüşür. Simetri anlamında tersine çevirme, * x, y, z * 'nin * -x, -y, -z * ile değiştirilmesidir. 'Etkili' veya uzun süreli ortalama dipol, önerdiğiniz gibi gerçekten sıfır olmalıdır, çünkü titreşim sırasında, H atomları N atomunun bir tarafından diğerine daha fazladır, bu nedenle dipol hareketin yarısında sıfıra gider ve her yarım döngüde ters anlam. Bir dipol, molekülün kanonik yapısına sahip olduğunu varsayar.
Bir cevap:
Paul
2016-11-08 03:48:32 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Ivan Neretin, (dejenere olmayan) durumdaki hiçbir parçacığın laboratuvar çerçevesinde kalıcı bir elektrik dipol momentine sahip olamayacağını belirtirken haklıdır. Aslında, kalıcı bir dipol moment, zaman (T) ve parite (P) simetrisinin ihlal edilmesini gerektirecektir. Bunun nedeni, bu tür herhangi bir dipolün molekülün açısal momentum vektörü boyunca yönlendirilmesi gerektiğidir ve zaman-tersine çevirme ve parite operatörleri, dipolün dönme açısal momentumu ve yönü üzerinde farklı bir etkiye sahiptir.

Kimyagerler ne diyorlar kalıcı dipol moment, molekülün ait olduğu moleküler nokta grubundaki dipol momentini ifade eder. Yalnızca bir polar molekül bir elektrik alanına (örneğin bir EM dalgası veya DC alanı) maruz kaldığında, bu alan, molekülün kendisini alanda "yönlendireceği" şekilde karşıt paritenin dönme durumlarını karıştıracaktır. Sadece bir elektrik alanın varlığında amonyağın tersine çevrilmesinden bahsedebilirsiniz (Hamiltoniyen'in özdurumları, bir alan veya başka bir bozucu kuvvet olmadığında zamandan bağımsızdır).

Dejenere durumların prensipte kalıcı bir dipol momenti olabilmesine rağmen, Klemperer ve diğerleri tarafından gösterilmiştir. (J. Phys. Chem. 1993, 97, 2413), bu durumların dejenereliğinin, Hamiltoniyen'de daha yüksek dereceli terimlerle ortadan kaldırıldığı.

Elbette bir molekül bir dipole sahip olabilir, ör. $ \ ce {HCl} $ ancak gaz fazında (veya çözelti) moleküller topluluğundaki termal hareket onları tüm olası yönlere doğru yönlendirir, böylece toplam * deneysel olarak * ölçülen dipol sıfırdır. Bir dış alan uygulamak simetriyi bozar ve ortalama dipol ölçülebilir ve bundan gerçek olanı. Gaz fazındaki * küçük * moleküllerde kuantum etkileri daha belirgindir ve yönelimi kısıtlar. Spektrumunu ve yaklaşık 0,7 $ \ pu {cm ^ {- 1}} $ değerini gözlemleyerek amonyağın ters çevirme sıklığını kolayca ölçebilirsiniz.
Bir molekül, laboratuvar sabit çerçevesinde değil, molekül sabit çerçevesinde yalnızca kalıcı bir dipole sahiptir. Moleküllerin hareketinin ortalamasının bir etkisinden daha temeldir (ve anlamam epey zaman aldı). Moleküler sabit çerçeve kavramı, çekirdeklerin elektronların etkin potansiyelinde hareket ettiği düşünülen Born-Oppenheimer yaklaşımının bir sonucudur.
BO dalga fonksiyonlarının ötesini düşünürseniz, bu konseptin gerçekten bozulduğunu göreceksiniz. Elbette amonyağın ters çevrilmesini ölçebilirsiniz, ancak bir EM alanına ihtiyacınız olacak, aksi takdirde ters çevirmeden hiç bahsedemezsiniz.
BO yaklaşık olarak potansiyel enerji yüzeylerini hayal etmemize izin verir ve genel olarak uygulanabilir. Bununla birlikte, deney (x-ışını kırınımı) moleküllerin gerçek şekillere sahip olduğunu gösteriyor: atomlar sadece yüzeyde dolaşmıyor, normal enerjilerde değil. Yani BO yaklaşık iyidir. Bahsettiğim gibi, dipol yalnızca küresel simetriyi kırmak için bir alan (örneğin yönlendirilmiş kuvvet) varlığında ölçülebilir. Laboratuvar çerçevesinden molekül çerçevesine bu şekilde ulaşıyoruz. Son yorumunuz, bir em alanının etkiyi ölçmek yerine ters çevirmeye neden olduğunu ima ediyor gibi görünüyor. Tünelleme (ters çevirme) yine de gerçekleşir.
Bir alanın yokluğunda tersine dönme hakkında konuşmak hiç mantıklı değil. SE'yi amonyak molekülünün çift kuyu potansiyeli için çözerseniz, zamana bağlı olmayan öz durumları bulursunuz, yani bir durumdan diğerine geçiş yoktur. Yalnızca bir alanı tanıttığınızda ve farklı eşlik durumlarını birleştirdiğinizde, ters çevirmeden bahsetmek mantıklıdır. Örneğin Townes ve Schawlow'un muamelesine bakın.
Şey, argümanlarınıza ikna olmadım. SE'yi çözmek özdurumlar üretir, tek veya çift kuyucuk hiçbir şansı yoktur. Açıkçası, eğer zaman herhangi bir yere uygulanmazsa, bunların enerjisi zamana bağlı değildir. Bir foton absorbe edildiğinde, diyelim ki, em alanının etkisi altında birlikte hareket eden seviyeleri düşünebilirsiniz ve böylece bir geçiş meydana gelir ve molekül artık daha fazla enerjiye sahip olur. Bununla birlikte, ima ettiğiniz şey, harmonik bir kuyudaki bir molekülün, eğer bir alan yoksa, yani foton titreşimleri indüklediğinde titreşmediğidir.
Parite operatörü potansiyelin simetrisinden dolayı Hamiltonian ile değiştiğinden, SE'nin özfonksiyonları çift veya tek pariteye sahip olmalı ve sistem üzerinde tamamen yer değiştirmelidir. Tek ve çift işlevleri ekleyerek veya çıkararak, sol ve sağ kuyu arasında hareket eden bir dalga paketi biçiminde "yerelleştirilmiş" durumlar oluşturabilirsiniz. Farklı eşlik durumlarını karıştırmanın tek yolu, bir alanla etkileşimdir.
Ve evet, izole edilmiş bir harmonik osilatör titreşmez, çekirdeğin böylesi bir lokalize hareketi "klasik" bir resimdir ve (izole edilmiş) sistemi bozarak yapabileceğiniz bir dalga paketinin oluşumunu gerektirir.
Evet, bunu hareket yok olarak yorumlayabileceğinizi kabul ediyorum: ancak klasik fikri kullanmak uygundur ve bir dalga paketi yapabileceğiniz için tamamen yanlış değildir. Örneğin, titreşim frekansı * birkaç * özdurumun eşzamanlı olarak uyarıldığı ve dolayısıyla artık durağan durumlar olmadığı ve bu nedenle zaman içinde evrimleştiği daha kısa süreli bir lazer darbesiyle. ... devam etti
devamı .. Hareket, ikinci bir prob fotonuyla gözlemlenebilir. Dalga paketi (parçacık) hareketinin frekansı, dar bant uyarımı ile elde edilen kararlı durum soğurma spektrumu ile elde edilenle aynıdır. QM'deki pek çok şey gibi, iki karşıt fakat eşdeğer bakış açısı vardır.
Bu tam olarak benim görüşümdü; yerelleştirilmiş durumlardan söz edebilmek için bir alana (kısa fs lazer darbesi gibi) ihtiyacınız vardır. Ancak, çoğu durumda katı fiziği görmezden gelmenin ve sistemi yarı-klasik bir tedirgin edici kuvvetin yokluğunda bile ele almanın kesinlikle mantıklı olduğuna katılıyorum. (Özellikle de hiçbir zaman bozulmamış bir sistemi ölçmediğimiz için).


ⓘ
Bu Soru-Cevap, otomatik olarak İngilizce dilinden çevrilmiştir.Orijinal içerik, dağıtıldığı cc by-sa 3.0 lisansı için teşekkür ettiğimiz stackexchange'ta mevcuttur.
Loading...