pääkiertoakseli #$%%ä 2C 2 C 2!"

Samankaltaiset tiedostot
S Fysiikka III (EST) Tentti ja välikoeuusinta

Symmetrialuokat. Esimerkki Pisteryhmä C 3v E C 3 C 3. σ v σ v σ v. C3v E C 3 C E E C 3 C C 3 C 3 C. σ v σ v σ v σ v E C 3 C.

Lisävaatimuksia aaltofunktiolle

Luku 13: Elektronispektroskopia. 2-atomiset molekyylit moniatomiset molekyylit Fluoresenssi ja fosforesenssi

1240eV nm. 410nm. Kun kappaleet saatetaan kontaktiin jännite-ero on yhtä suuri kuin työfunktioiden erotus ΔV =

8. MONIELEKTRONISET ATOMIT

Infrapunaspektroskopia

Nyt n = 1. Tästä ratkaistaan kuopan leveys L ja saadaan sijoittamalla elektronin massa ja vakiot

Vapaan hiukkasen Schrödingerin yhtälö (yksiulotteinen)

Atomin elektronikonfiguraatiot (1)

Luku 14: Elektronispektroskopia. 2-atomiset molekyylit moniatomiset molekyylit Fluoresenssi ja fosforesenssi

ψ(x) = A cos(kx) + B sin(kx). (2) k = nπ a. (3) E = n 2 π2 2 2ma 2 n2 E 0. (4)

Laskennalinen kemia. Menetelmien hierarkia: Molekyyligeometria Molekyylimekaniikka Molekyylidynamiikka

1. (a) (2p.) Systeemin infinitesimaalista siirtoa matkan ɛ verran esittää operaattori

Kvanttifysiikan perusteet 2017

Käytetään nykyaikaista kvanttimekaanista atomimallia, Bohrin vetyatomi toimii samoin.

Jukka Tulkki 8. Laskuharjoitus (ratkaisut) Palautus torstaihin 3.4 klo 12:00 mennessä. x 2

Potentiaalikuopalla tarkoitetaan tilannetta, jossa potentiaalienergia U(x) on muotoa

Ch7 Kvanttimekaniikan alkeita. Tässä luvussa esitellään NMR:n kannalta keskeiset kvanttimekaniikan tulokset.

Luku 10: Atomien rakenne ja spektrit. Vedyn kaltaiset atomit Atomiorbitaalit Spektrisiirtymät Monielektroniset atomit

S Fysiikka III (Est), 2 VK Malliratkaisut (Arvosteluperusteita täydennetään vielä)

1 WKB-approksimaatio. Yleisiä ohjeita. S Harjoitus

766334A Ydin- ja hiukkasfysiikka

URN: NBN:fi-fe

J 2 = J 2 x + J 2 y + J 2 z.

Liikemäärän säilyminen Vuorovesivoimat Jousivoima

= 84. Todennäköisin partitio on partitio k = 6,


Korkeammat derivaatat

Kvanttifysiikan perusteet, harjoitus 5

Korkeammat derivaatat

Molekyylit. Atomien välisten sidosten muodostuminen

780392A/782631S Fysikaalinen kemia II, 5 op / 4 op

Tilat ja observaabelit

Kvantittuminen. E = hf f on säteilyn taajuus h on Planckin vakio h = 6, Js = 4, evs. Planckin kvanttihypoteesi

1. Tarkastellaan kaksiulotteisessa Hilbert avaruudessa Hamiltonin operaattoria

Numeeriset menetelmät TIEA381. Luento 5. Kirsi Valjus. Jyväskylän yliopisto. Luento 5 () Numeeriset menetelmät / 28

FYSA242 Statistinen fysiikka, Harjoitustentti

Luku 9: Atomien rakenne ja spektrit. v=bmivwz-7gmu v=dvrzdcnsiyw

Jakso 8: Monielektroniset atomit

3. MATERIALISTISTEN HIUKKASTEN AALTOLUONNE

(1) (2) Normalisointiehdoksi saadaan nytkin yhtälö (2). Ratkaisemalla (2)+(3) saamme

Symmetrisistä ryhmistä symmetriaryhmiin

4 ev OY/MFP R Materiaalifysiikan perusteet P Ratkaisut 6, Kevät 2017

763306A JOHDATUS SUHTEELLISUUSTEORIAAN 2 Ratkaisut 1 Kevät y' P. α φ

Osallistumislomakkeen viimeinen palautuspäivä on maanantai

Esimerkki: 2- atominen molekyyli. Korkeammat derivaatat 1/24/13. Jo kerran derivoitu funk6o voidaan derivoida uudelleen. Yleisemmin merkitään:

Shrödingerin yhtälön johto

Korkeammat derivaatat

Hiilen ja vedyn reaktioita (1)

Fysikaalisen kemian syventävät työt CCl 4 -molekyylin Ramanspektroskopia

Z 1 = Np i. 2. Sähkömagneettisen kentän värähdysliikkeen energia on samaa muotoa kuin molekyylin värähdysliikkeen energia, p 2

Oppikirja (kertauksen vuoksi)

Kvanttifysiikan perusteet 2017

ULKOELEKTRONIRAKENNE JA METALLILUONNE

Ionisoiva säteily. Tapio Hansson. 20. lokakuuta 2016

763306A JOHDATUS SUHTEELLISUUSTEORIAAN 2 Ratkaisut 2 Kevät 2017

d) Klooria valmistetaan hapettamalla vetykloridia kaliumpermanganaatilla. (Syntyy Mn 2+ -ioneja)

Molekyylit. Helsinki University of Technology, Laboratory of Computational Engineering, Micro- and Nanosciences Laboratory. Atomien väliset sidokset

Energia, energian säilyminen ja energiaperiaate

CHEM-A1200 Kemiallinen rakenne ja sitoutuminen

5.10. HIUKKANEN POTENTIAALIKUOPASSA

Voima ja potentiaalienergia II Energian kvantittuminen

Luku 8. Mekaanisen energian säilyminen. Konservatiiviset ja eikonservatiiviset. Potentiaalienergia Voima ja potentiaalienergia.

LASKENNALLISEN TIETEEN OHJELMATYÖ: Diffuusion Monte Carlo -simulointi yksiulotteisessa systeemissä

Luento 10: Työ, energia ja teho

Ekvipartitioperiaatteen mukaisesti jokaiseen efektiiviseen vapausasteeseen liittyy (1 / 2)kT energiaa molekyyliä kohden.

Ratkaise tehtävä 1 ilman teknisiä apuvälineitä! 1. a) Yhdistä oikea funktio oikeaan kuvaajaan. (2p)

Differentiaalilaskennan tehtäviä

Todennäköisyys ja epämääräisyysperiaate

, m s ) täytetään alimmasta energiatilasta alkaen. Alkuaineet joiden uloimmalla elektronikuorella on samat kvanttiluvut n,

infoa tavoitteet E = p2 2m kr2 Klassisesti värähtelyn amplitudi määrää kokonaisenergian Klassisesti E = 1 2 mω2 A 2 E = 1 2 ka2 = 1 2 mω2 A 2

MNQT, kl Ryhmäteoria

766326A Atomifysiikka 1 - Syksy 2013

Luento Entrooppiset voimat Vapaan energian muunoksen hyötysuhde Kahden tilan systeemit

ROMUMETALLIA OSTAMASSA (OSA 1)

S Fysiikka III (Est) 2 VK

Infrapunaspektroskopia

Kvanttimekaaninen atomimalli. "Voi hyvin sanoa, että kukaan ei ymmärrä kvanttimekaniikkaa. -Richard Feynman

n=5 n=4 M-sarja n=3 L-sarja n=2 Lisäys: K-sarjan hienorakenne K-sarja n=1

x 4 e 2x dx Γ(r) = x r 1 e x dx (1)

3.6 Feynman s formulation of quantum mechanics

Varauksensiirto-siirtymä

8. MONIELEKTRONISET ATOMIT

Differentiaali- ja integraalilaskenta

E p1 = 1 e 2. e 2. E p2 = 1. Vuorovaikutusenergian kolme ensimmäistä termiä on siis

Mikrotila Makrotila Statistinen paino Ω(n) 3 Ω(3) = 4 2 Ω(2) = 6 4 Ω(4) = 1

6. Yhteenvetoa kurssista

Massakeskipiste Kosketusvoimat

KE Orgaaninen kemia 1

Aikaerotteinen spektroskopia valokemian tutkimuksessa

Malliratkaisut Demot

Yhtälöryhmä matriisimuodossa. MS-A0007 Matriisilaskenta. Tarkastellaan esimerkkinä lineaarista yhtälöparia. 2x1 x 2 = 1 x 1 + x 2 = 5.

Yhtälön oikealla puolella on säteen neliö, joten r. = 5 eli r = ± 5. Koska säde on positiivinen, niin r = 5.

kertausta Boltzmannin jakauma infoa Ideaalikaasu kertausta Maxwellin ja Boltzmannin vauhtijakauma

e int) dt = 1 ( 2π 1 ) (0 ein0 ein2π

Entrooppiset voimat. Entrooppiset voimat Vapaan energian muunnoksen hyötysuhde Kahden tilan systeemit

MIKSI ERI AINEET NÄYTTÄVÄT TIETYN VÄRISILTÄ? ELINTARVIKEVÄRIEN NÄKYVÄN AALLONPITUUDEN SPEKTRI

Matematiikan tukikurssi

Luento 10: Työ, energia ja teho. Johdanto Työ ja kineettinen energia Teho

Transkriptio:

Tehtävä 1 Määritä seuraavien molekyylien pisteryhmät: (a) H 3 N H 3 N l o l NH 3 + NH 3 urataan lohkokaaviota: lineaari!"!" suuri symmetria 2s v #$%%ä 2v!" pääkiertoakseli #$%%ä 2 2 2!" s h Vastaavasti: (b) (c) (d) H 3 N H 3 N l o l NH 3 NH 3 + o o 2+ D 4h D 3d s

Tehtävä 2. Metallikarbonyylillä [M() 4 L] on kaksi mahdollista rakennetta: L L r 1 M r 4 r 2 r 3 r 1 r 2 M r 4 r 3 3v 4v (a) Määritä kummankin isomeerin -venytysvärähtelyille redusoitumattomat esitykset ja selitä, miten oikea rakenne voidaan -värähtelyjen perusteella päätellä. (b) Päättele kompleksin rakenne oheisesta IR-spektristä (a)-kohdan perusteella ja tulkitse spektri mahdollisimman tarkasti. Miten voisit Raman-spektroskopian avulla varmistaa tulkintasi? 2050 1950 cm -1 (a) 3v -rakenne: Muodostetaan redusoituva esitys (ks. pisteryhmän 3v karakteritaulu):

r 1 E 1 2 3 0 3s v 1 r 2 1 0 0 r 3 1 0 0 r 4 1 1 1 G 4 1 2 Redusoidaan esitys: n )* = 1 6 1 4 1 + 2 1 1 + 3 2 1 = 2 n )3 = 1 6 1 4 1 + 2 1 1 + 3 2 ( 1) = 0 n 8 = 1 6 1 4 2 + 2 1 ( 1) + 3 2 0 = 1 => G = 2A 1 + E Karakteritaulusta nähdään IR-aktiivisuudet: Kumpikin A 1 -moodi ja E-moodi ovat IR-aktiivisia => kolme absorptiohuippua 4v -rakenne Redusoituva esitys: r 1 E 1 2 4 0 2 0 2s v 1 2s d 0 r 2 1 0 0 0 0 r 3 1 0 0 1 0 r 4 1 0 0 0 0 G 4 0 0 2 0 Redusoidaan esitys:

n )* = 1 8 1 4 1 + 2 0 1 + 1 0 1 + 2 2 1 + 2 0 1 = 1 n )3 = 1 8 1 4 1 + 2 0 1 + 1 0 1 + 2 2 ( 1) + 2 0 ( 1) = 0 n :* = 1 8 1 4 1 + 2 0 ( 1) + 1 0 1 + 2 2 1 + 2 0 ( 1) = 1 n :3 = 1 8 1 4 1 + 2 0 ( 1) + 1 0 1 + 2 2 ( 1) + 2 0 1 = 0 n :* = 1 8 1 4 2 + 2 0 0 + 1 0 ( 2) + 2 2 0 + 2 0 0 = 1 => G = A 1 + B 1 + E Karakteritaulusta nähdään IR-aktiivisuudet: A 1 -moodi ja E-moodi ovat IR-aktiivisia, B 1 -moodi ei ole IR-aktiivinen => kaksi absorptiohuippua. (b) IR-spektrissä havaitaan kolme absorptiohuippua. Kyseessä on siis 3v -rakenne. Asia voidaan varmistaa mittaamalla yhdisteen Raman-spektri. Vaikka kummankin rakenteen perusteella pitäisi näkyä kolme Raman-sirontahuippua, rakenteessa 3v on kaksi polarisoitunutta A 1 - moodia, mutta rakenteessa 4v on vain yksi polarisoitunut A 1 -moodi.

Tehtävä 3. (a) litä lyhyesti, miten rgelin diagrammi muodostetaan, mitä informaatiota siitä saadaan ja miten sitä käytetään. Miten Tanabe-Sugano-diagrammit eroavat rgelin diagrammeista? (b) [r(h 2 ) 6 ] 3+ :n elektronispektrissä havaitaan absorptiovyöt aaltoluvuilla 17400 cm -1 (e = 13), 24600 cm -1 (e = 15) ja 37800 cm -1 (e = 4). Tulkitse kompleksin elektronispektri käyttäen sopivaa Tanabe-Suganodiagrammia. Miten arvelisit kompleksin [r(nh 3 ) 6 ] 3+ :n elektronispektrin eroavan akvakompleksin elektronispektristä (perustelu). (a) Ks. luennot tai oppikirja. (b) Kromi-ioni [r(h 2 ) 6 ] + :ssa on d 3 -ioni. Tanabe-Suganodiagrammista nähdään, että perustila on 4 A 2g. Siirtymät: 24600 cm -1 : 4 A 2g 4 T 2g 37800 cm -1 : 4 A 2g 4 T 1g Kummassakaan siirtymässä ei spinmultiplisiteetti saa muuttua. Jälkimmäisen energiaero on suurempi kuin edellisen. [r(nh 3 ) 6 ] + -kompleksin D on suurempi kuin [r(h 2 ) 6 ] + :lla. Täten kumpikin absorptiohuippu siirtyy suurempaan aaltolukuun.

Tehtävä 4. Helium-atomin matalimman viritetyn tilan elektronikonfiguraatio on 1s 1 2p 1. Mitä spektroskooppisia termejä tämä konfiguraatio vastaa ja mikä on matalimman viritetyn tilan termi ja multiplisiteetti? lvitetään konfiguraation s 1 p 1 mikrotilat: m s = ½ m s = -½ m l m l 0 1 0-1 0 1 0-1 M L M S 1 1 0 1-1 1 1-1 0-1 -1-1 1 0 0 0-1 0 1 0 0 0-1 0 Kootaan mikrotilat taulukkoon: M L /M S 1 0-1 1 ½ ½½ ½ 0 ½ ½½ ½ -1 ½ ½½ ½ L = max M L = 1, vastaava S = max M S = 1 => 3 P Poistetaan yhdeksän mikrotilaa. Jäljelle jää kolme mikrotilaa (M S = 0; M L = 1, 0, -1) => 1 P Perustila on Hundin säännön mukaan se, jonka spinmultiplisiteetti on suurin => 3 P

Tehtävä 5. Muodosta tolueenimolekyylin (pisteryhmä 2v ) p-orbitaalien redusoitumattomat esitykset. Mikä on olekyylin perustilan symmetria multiplisiteetti. Mikä on siirtymästä p p* johtuvan matalimman viritetyn tilan symmetria? nko siirtymä sallittu? p6 p5 p1 p2 p3 p4 Redusoituva esitys (pisteryhmä 2v ) (x-akseli ylös, z-akseli vasemmalle, y-akseli paperiin): G p E 2 s(xz) s(yz) p 1 1-1 1-1 p 2 1 0 0-1 p 3 1 0 0-1 p 4 1-1 1-1 p 5 1 0 0-1 p 6 1 0 0-1 G p 6-2 2-6 Redusoidaan esitys: n )* = 1 4 6 1 + 2 1 + 2 1 + ( 6) 1 = 0 n )3 = ; < n :* = ; < n :3 = ; < 6 1 + 2 1 + 2 ( 1) + ( 6) ( 1) = 2 6 1 + 2 ( 1) + 2 (1) + ( 6) ( 1) = 4 6 1 + 2 ( 1) + 2 ( 1) + ( 6) (1) = 0 => G p = 2A 2 + 4B 2 rbitaalien muuntuminen symmetriaoperaatioissa:

E 2 s(xz) s(yz) p 1 p 1 -p 1 p 1 -p 1 p 2 p 2 -p 6 p 6 -p 2 p 3 p 3 -p 5 p 3 -p 3 p 4 p 4 -p 4 p 4 -p 4 p 5 p 5 -p 3 p 3 -p 5 p 6 p 6 -p 2 p 2 -p 6 Projektio-operaatio: Ψ )3 (1) 1 p ; + 1 p ; + 1 p ; + 1 p ; = 0 Ψ )3 2 1 p A + 1 p B + 1 p B + 1 p A = p A p B Ψ )3 3 1 p + 1 p D + 1 p D + 1 p = p p D Ψ )3 4 1 p < + 1 p < + 1 p < + 1 p < = 0 Ψ :3 1 1 p ; + ( 1) p ; + 1 p ; + 1 p ; = p ; Ψ :3 2 1 p A + 1 p B + 1 p B + 1 p A = p A + p B Ψ :3 3 1 p + 1 p D + 1 p D + 1 p = p + p D Ψ :3 4 1 p < + 1 p < + 1 p < + 1 4 = p < Molekyyliorbitaalit p-sidokselle: A 2 : Sitova: ψ F D = e p A p B + e p p D Hajottava: ψ F B = f p A p B f p p D B 2 : Sitova: ψ F ; = ap ; + a p A + p B + a" p + p D + a p < ψ F A = bp ; + b p A + p B b" p + p D b p < ψ F = cp ; c p A + p B + c" p + p D c p < a, b, c, d, e ja f ovat vakioita ψ F < = dp ; d p A + p B d" p + p D + d p <

rbitaalien suhteelliset energiat arvioidaan (=arvataan) solmukohtien lukumäärän perusteella (voi myös mennä väärin, mutta hyvä alkuarvaus). Perustila 1. viritetty tila 4b 2 {Y b(3) } 2a 2 {Y b(6) } 3b 2 {Y b(4) } 1a 2 {Y b(5) } 2b 2 {Y b(2) } 1b 2 {Y b(1) } Perustilassa kaikki miehitetyt orbitaalit ovat täysin miehitettyjä => 1 A 1 1. viritetyn tilan p-orbitaalien konfiguraatio (1b 2 ) 2 (2b 2 ) 2 (1a 2 ) 1 (3b 2 ) 1 => Viritetyn tilan termisymboli (suora tulo karakteritaulun mukaan): a A b A = 1 1 1 (-1) (-1) (-1) (-1) 1 = 1-1 1-1 1 B 1 Sallittu siirtymä, kun D = Ψ QR μψ UR dt. => D = Ψ QR μ Y Ψ UR dt + Sallitulle siirtymälle Ψ QR μ $ Ψ UR dt + Ψ QR μ Z Ψ UR dt => Γ = Γ \]^ Γ` Γ \a^ A 1 Karakteritaulusta nähdään, että Γ`b = B 1 ; Γ`c = B 2 ; Γ Z = A 1 Γ(x) = A ; B ; B ; A ;

Γ(x) = A ; B A B ; A A Γ(x) = A ; A ; B ; B ; Koska yksi termeistä johtaa pisteryhmässä 2v täysin symmetriseen esitykseen, siirtymä on sallittu.

Tehtävä 6. Yksidimensionaalisessa L suuruisessa laatikkossa olevan hiukkasen perustilan aaltofunktio on: Ψ = 2 L sin " π x % $ ' # L & leta, että laatikko on 10.0 nm pitkä. Laske todennäköisyys, että hiukkanen sijaitsee laatikossa (a) välillä 4,95 nm < x < 5,05 nm, (b) välillä 1,95 nm < x < 2,05 nm, (c) välillä 9,90 < x < 10,00 nm, (c) laatikon keskimmäisessä kolmanneksessa. Ks. ppikirja ja luennot.