1.6 振动模式_傅里叶变换红外光谱分析（第三版）-QQ阅读男生都市网

书名：傅里叶变换红外光谱分析（第三版）
作者名：翁诗甫徐怡庄
本章字数：2199字
更新时间：2020-08-28 22:03:41

1.6　振动模式

分子中不同的基团具有不同的振动模式，相同的基团（双原子除外）具有几种不同的振动模式。在中红外区，基团的振动模式分为两大类，即伸缩振动和弯曲振动。

伸缩振动是指基团中的原子在振动时沿着价键方向来回地运动。弯曲振动是指基团中的原子在振动时运动方向垂直于价键方向。

1.6.1　伸缩振动

伸缩振动（stretching vibration）时，基团中的原子沿着价键的方向来回运动，所以伸缩振动时，键角不发生变化。除了双原子的伸缩振动外，三原子以上还有对称伸缩振动和反对称（不对称）伸缩振动。

1.6.1.1　双原子的伸缩振动

双原子分子X2的伸缩振动是拉曼活性的而不是红外活性的，如O2、N2、H2、Cl2等。但分子中的X—X基团，如C—C、CC、O—O、NN等基团，在伸缩振动时，如果偶极矩不发生变化，是拉曼活性的；如果偶极矩发生变化则是红外活性的。分子中的X—Y基团的伸缩振动肯定是红外活性的。

1.6.1.2　对称伸缩振动

线形三原子基团X—Y—X（如CO2）的对称伸缩振动（symmetric stretching vibration）、平面形四原子基团XY3（如、等）的对称伸缩振动和四面体形五原子基团XY4（如、等）的对称伸缩振动，都是拉曼活性的而不是红外活性的。弯曲形三原子基团XY2（如H2O、CH2、NH2等）和角锥形四原子基团XY3（如CH3、NH3等）的对称伸缩振动都是红外活性的。

呼吸振动（breathing vibration）是对称伸缩振动的一个特例，这是一种完全对称的伸缩振动，通常出现在环状化合物中，如苯、环己烷、四氢呋喃等。环骨架上都是C原子时，呼吸振动是拉曼活性的。环己烷的呼吸振动拉曼位移出现在802cm-1。环骨架上有杂原子时，呼吸振动既是拉曼活性又是红外活性，如四氢呋喃的呼吸振动拉曼和红外谱带都很强，分别出现在914cm-1和911cm-1。

CO2的对称伸缩振动1388cm-1（拉曼活性）

亚甲基—CH2—的对称伸缩振动2853cm-1±5cm-1

硝酸钠中的的对称伸缩振动1071cm-1（拉曼活性）

甲基—CH3的对称伸缩振动2872cm-1±5cm-1

硫酸根的对称伸缩振动983cm-1（拉曼活性）

苯环的呼吸振动（拉曼活性）

1.6.1.3　反对称伸缩振动

各种基团的反对称伸缩振动（asymmetric stretching vibration）都是红外活性的，如线形CO2，弯曲形H2O、—CH2—、—NH2、—NO2，角锥形NH3、、—CH3，平面形、、，四面体形、、等基团的反对称伸缩振动都是红外活性的。

线形三原子基团反对称伸缩振动

弯曲形三原子基团反对称伸缩振动

平面形四原子基团反对称伸缩振动

四面体形五原子基团反对称伸缩振动

1.6.2　弯曲振动

弯曲振动（bending vibration）时，基团的原子运动方向与价键方向垂直。弯曲振动又细分为剪式变角振动、对称变角振动、反对称（不对称）变角振动、面内弯曲振动、面外弯曲振动、平面摇摆振动、非平面摇摆振动和卷曲振动。除了摇摆振动外，其余振动键角都发生变化。

1.6.2.1　变角振动

变角振动（deformation vibration）也叫变形振动，或弯曲振动。线形三原子基团的变角振动称弯曲振动，如CO2的弯曲振动。弯曲形三原子基团的变角振动也叫剪式振动（scissor vibration），如H2O、—CH2—、—NH2等的变角振动。

线形三原子基团的弯曲振动

弯曲形三原子基团的剪式振动

1.6.2.2　对称变角振动

对称变角振动（symmetric deformation vibration）也叫对称弯曲振动，或叫对称变形振动。由四原子XY3组成的基团有两种构形，即角锥形和平面形。角锥形基团有对称变角振动模式，如—CH3、NH3、等，而平面形基团没有对称变角振动模式。由五原子XY4组成的四面体基团有对称变角振动模式，如、、、等。

角锥形基团对称变角振动

四面体基团对称变角振动

1.6.2.3　反对称（不对称）变角振动

反对称变角振动（asymmetric deformation vibration）也叫不对称变角振动，或叫反对称弯曲振动，或叫反对称变形振动。同样的，由四原子XY3组成的角锥形基团有反对称变角振动，而平面形基团没有反对称变角振动。由五原子XY4组成的四面体基团有不对称变角振动。

角锥形基团反对称变角振动

四面体基团不对称变角振动

1.6.2.4　面内弯曲振动

面内弯曲振动（in-plane bending vibration）也叫面内变形振动（in-plane deformation vibration）或面内变角振动。—COH面内弯曲振动是指O—H在COH组成的平面内左右摇摆。苯环上的C—H面内弯曲振动也是指C—H在苯环平面内左右摇摆。但这种摇摆振动不属于面内摇摆振动。由四原子XY3组成的平面形基团有面内弯曲振动，如、、等基团的面内弯曲振动。

—COH面内弯曲振动1430cm-1

苯环上的C—H面内弯曲振动1036cm-1

四原子XY3平面形基团面内弯曲振动

1.6.2.5　面外弯曲振动

面外弯曲振动（out-of-plane bending vibration）也叫面外变形振动（out-of-plane deformation vibration）或面外变角振动。—COH面外弯曲振动是指O—H键离开COH平面上下摇摆。苯环上的C—H面外弯曲振动也是指C—H键在苯环平面上下摇摆。但这种摇摆振动不属于面外摇摆振动。由四原子XY3组成的平面形基团有面外弯曲振动，如、、等基团的面外弯曲振动是指中心原子在平面上下摆动。