화실기_보고서_Vibration-Rotation spectroscopy of HCl

목차

1. ABSTRACT
2. Introduction
3. Results and Discussion
4. Conclusion
5. Reference

본문내용

1. ABSTRACT
분자의 에너지가 변할 때 광자가 방출되거나 흡수되기 때문에 분자는 스펙트럼선들을 나타낸다. 분자 분광학은 분자의 에너지가 전자-상태 전이뿐만 아니라 진동 상태와 회전 상태 변화에 의해서도 변할 수 있다는 점에서 많은 정보를 담고 있다. 본 실험에서는 분자 분광법 중에서 도 적외선 분광학에 초점을 둘 것이고, 이원자 분자 HCl 기체를 이용할 것이다. 이원자 분자는 가장 간단한 모델로 조화 진동자 개념을 도입하였고, 이에 대한 설명과 실제 분자와의 차이에 관해 설명할 것이다. 실험에서 사용할 IR 에너지는 진동과 회전 전이를 동시에 발생시키기 충분한 에너지를 가졌기에 이원자 분자 HCl의 진동-회전 스펙트럼을 얻을 수 있다. 실험으로 얻은 HCl 진동-회전 스펙트럼을 이용하여 관성 모멘트, 분자 간 결합의 힘 상수(k)와 결합 길이, 해리에너지를 구하여 문헌값과 비교하여 HCl 분자의 고유 성질을 분석할 것이다.

2. Introduction
이원자 분자의 진동을 기술할 수 있는 가장 간단한 모형은 조화 진동자(harmonic oscillator)이다. 이 분자의 진동 운동은 분자를 이루는 원자들은 용수철로 연결된 것으로 보고, 원자들 사이의 공유 전자는 마치 용수철과 같은 역할을 하는 것으로 보는 것으로, 용수철 끝에 매달려 진동하는 것과 동등하다. 원자들이 서로 가까이 다가가면 전자의 겹침 때문에 배타원리에 의한 척력이 작용하고, 너무 멀어지면 원자-전자-원자 사이의 인력이 작용하기 때문이다. 따라서 분자는 원자를 서로 마주하면서 진동을 하게 된다. 우리가 사용하는 작은 분자는 고전역학에서 다룰 때 쓰는 방법으로는 진동에너지에 대한 설명이 불가능하기에 이를 양자 역학적으로 이원자 분자의 실제 에너지를 계산하면 다음과 같다.

즉, 정수인 quantum number에 의존하는 진동에너지를 양자화된 식으로 구할 수 있다.

Harmonic oscillator 모델을 이용해 potential 에너지 그래프를 그리면 왼쪽의 [그림1]과 같다.

참고 자료

Peter Atkins Julio de Paula, 『물리화학』, 교보문고, 2017.
https://en.wikipedia.org/wiki/Rotational%E2%80%93vibrational_spectroscopy 위키피디아 웹사이트