1. 電磁光譜的紅外線區域,已經超過肉眼可以辨識的紅光以外範圍。
2. 當一個分子的化學鍵不斷伸縮,就會造成一種頻率,增加分子吸收紅外線光。
3. 化學鍵搖擺和伸縮的頻率,關鍵是「鍵結出化學鍵的原子的質量」,以及「化學鍵的強度」。
4. 官能基的化學鍵有特殊的頻率能夠吸收紅外線,並且在紅外線光譜區域形成「吸收帶absorption bands」。
5. 因此,紅外線區域的吸收帶現象,可用來辨識分子到底有哪些官能基。
6. 【理論背景】紅外線光譜的關鍵原則是,當紅外線的頻率,與特定的分子運動所釋放的能量與頻率,互相契合,紅外線光就會被吸收;特定的分子運動,通常就是指化學鍵的擺動和伸縮(bending and stretching)。
7. 組成分子的原子,並不是固定不動的,它們經常彼此靠近、遠離來回移動,或者二個原子彼此像鐘擺那樣,以固定的頻率擺來擺去。
8. 我們平常說,「碳-碳C-C」單鍵,以「sp3-sp3混成軌域」互相鍵結的時候,長度是1.54埃;「碳=碳C=C」雙鍵,在「sp2-sp2混成軌域」,長度是1.34埃;「碳≡碳C≡C」叁鍵,在「sp-sp混成軌域」,長度是1.20埃,這是指原子彼此之間最小能量的距離(最遠)。
9. 原子越過彼此的最小能量距離的底線,如果是彼此靠近,那麼斥力就會增加,如果它們是彼此更加遠離,那麼吸引力就會增加。
10. 分子裡面的原子,彼此反覆不斷地伸縮推擠,就像二個被彈簧串起來的球體,彼此之間的距離有活動彈性,而這個情況就是「甲醇CH3OH」的「氫氧基OH」。
11. 當二個原子量不等的原子,互相鍵結的時候,「較輕的原子」會比「較重的那個原子」容易活動(擺動)。紅外線能量被吸收,就是因為這種擺動的頻率增加。
12. 分子裡的原子們也有一種運動,來自於角度持續地改變。原子之間化學鍵角度的改變,會使得鍵結在同一個原子上的2個原子,彼此的相對位置改變。
13. 舉例說明,「丙烷propane」分子上的「亞甲基methylene」,上頭的2個氫原子常常互相靠近,然後又分開,這樣反覆不已,造成一種特殊的頻率。
14. 跟化學鍵伸縮的道理一樣,這種(角度時大時小)運動頻率增加,所創造出來的特殊頻率,會吸收紅外線光。
15. 古典牛頓物理學可被用來解釋,二個重物被彈簧連接的狀態,但是無法解釋像原子那麼小的規模的質點的運動狀態。
16. 在現實生活中,由彈簧連接起來的重物,擺動的速度是不規則的、振幅也不一定,但是,分子的擺動卻是規則的,也就是「量化的quantized」。分子的原子只能以特定的頻率擺動,稱為 「擺動(振動)狀態vibrational states」。(翻譯改寫自Mary Anne Fox, James K. Whitesell的《Organic Chemistry》)
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