振動形式

振動形式（mode of vibration）包括：伸縮振動，彎曲振動。了解振動形式有利於解釋許多紅外吸收的現象，提高分析速度和準確度。

基本介紹

• 中文名：振動形式
• 外文名：mode of vibration
• 所屬學科：物理
• 所屬領域：力學

振動形式定義

雙原子分子只有一種振動形式即伸縮振動（stretching vibration）。多原子分子的振動複雜，但基本上包括兩類振動形式，即伸縮振動和彎曲振動（bending vibration） 。研究各種分子的振動形式，便於進一步了解光譜中吸收峰的起因、數目及變化規律。

舉例說明

以亞甲基及甲基為例說明其不同的振動形式。

亞甲基、甲基振動形式示意圖

振動形式分類

伸縮振動

化學鍵兩端的原子沿鍵軸方向進行周期性變化的運動，用V表示。伸縮振動又分為對稱伸縮振動（symmetrical stretching vibration）（ ）和不對稱伸縮振動（asymmetrical stretching vibration）（ ）。亞甲基的對稱伸縮振動（ ）是亞甲基上的兩個碳氫鍵同時伸長或縮短；亞甲基的不對稱伸縮振動（ ） 是亞甲基上的兩個碳氫鍵同時交替伸長與縮短。

彎曲振動

鍵角發生規律性變化的振動，又稱為變形振動（ deformation vibration） 。

具體可描述為：

（1） 面內彎曲振動（in-plane bending vibration）： 在幾個原子構成的平面內進行的彎曲振動，用β表示。面內彎曲振動可分為剪式振動（ scissoring vibration） 和面內搖擺振動（rocking vibration） 。①剪式振動是振動過程中鍵角發生規律性地變化，似剪刀的開與閉，用 表示。亞甲基的剪式振動表現為兩個碳氫鍵間夾角的規律性變化；②面內搖擺振動是在幾個原子構成的平面內,基團作為一個整體進行搖擺，用 表示。亞甲基的面內搖擺振動表現為兩個碳氫鍵的同方向同角度的擺動。

（2）面外彎曲振動（out-of-plane bending vibration）：在垂直於幾個原子構成的平面方向上進行的彎曲振動，用 表示。面外彎曲振動又可分為面外搖擺振動（out-of-plane waggingvibration）和蜷曲振動（ twisting vibralion） 。①面外搖擺振動是分子或基團的端基原子同時在垂直於幾個原子構成的平面內同方向振動，用ω表示。如亞甲基的兩個氫原子同時做同向垂直於平面方向上的運動；②蜷曲振動是分子或基團的端基原子同時在垂直於幾個原子構成的平面內反方向振動，用 表示。如亞甲基兩個氫原子同時做反向垂直於平面方向上的運動。

（3）變形振動：多個化學鍵端的原子相對於分子的其餘部分的彎曲振動，用 表示。

變形振動可分為對稱變形振動和不對稱變形振動。①對稱變形振動是分子中三個化學鍵與分子軸線構成的夾角θ同時變小或變大。形似花瓣的開與閉，用 表示。如甲基的三個碳氫鍵同時向軸線做同角度的變化；②不對稱變形振動是分子中三個化學鍵與分子軸線構成的夾角θ交替變小與變大，用 表示。如甲基的三個碳氫鍵同時交替向軸線做同角度的變化。

振動形式的作用

紅外光譜的產生和表示在分子的振動過程中，只有那些能引起分子偶極矩改變的振動，才能吸收紅外輻射，從而在紅外光譜中出現吸收譜帶。多原子分子的振動是由許多簡單的、獨立的振動組合而成的。在每個獨立的振動中，所有原子都是以相同相位運動，可以近似地看作諧振子振動。這種振動稱為簡正振動。每個簡正振動具有一定的能量，故應在特有的波數位置產生吸收。由n個原子組成的多原子分子存在有3n—6個簡正振動，而線型分子則為3n-5個簡正振動。在簡單分子中，對這些基本振動進行理論解析是可能的，但在實際的複雜有機化合物中，簡正振動數目很多，而且由於倍頻振動和組合頻振動也會出現吸收，所以使紅外光譜變得很複雜。對於所有的紅外吸收譜帶在理論上進行解析將是非常困難的。

因此，當紅外光譜用於定性分析時，通常是利用各種特徵頻率吸收圖表，選出與官能團和骨架構有關的吸收譜帶，而且還要與待定化合物的標準光譜相比較才能得出結論。

學習振動形式，有利於掌握各種典型的紅外光譜圖，為準確快速解析紅外光譜圖有重要意義。