Espalhamento Raman

Moléculas e sólidos

Introdução

átomo

átomo

+ molécula

http://1.bp.blogspot.com/_iKSic4d4gPs/SXmKe_nueUI/AAAAAAAAAHE/YjseumSeyDk/s320/atom_pair.png

Aproximando dois átomos

Ligação molecular

http://employees.csbsju.edu/hjakubowski/classes/ch331/protstructure/ilennardjones2.gif

Ligações moleculares: iônica

http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/Hbase/chemical/bond.html#c4

Lig. moleculares: covalente

http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/Hbase/chemical/bond.html#c2

Lig. moleculares: van der Waals

http://media-2.web.britannica.com/eb-media/71/22471-004-AA009DA2.gif

Lig. moleculares: ponte de H

http://www.lbl.gov/images/MicroWorlds/H2OH-bond.gif

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/b/b5/Hydrogen-bonding-in-water-2D.png/800px-Hydrogen-bonding-in-water-2D.png

Lig. moleculares: metálica

http://www.dorlingkindersley-uk.co.uk/static/clipart/uk/dk/sci_matter/image_sci_matter031.jpg

Tipo de ligaçãopredomimante

van der Waals

Covalente

Iônica

Pontes de H

Metálica

Energia de ligação (eV)

0,01 (Ar) 0,1 (H2)

3,7 (Si)3,4 (InSb)

7,3 (KCl)

0,5 (gelo)

1,1 (Na)3,0 (Ag)4,4 (Ni)

Propriedades físicas típicas

Baixo ponto de fusão, isolantes elétricos, transparentes até UV

Rigidez e dureza, alto ponto de fusão, semi-isolantes

Isolantes elétricos em T baixa e condutores iônicos em T alta

Isolante elétrico, alta constante dielétrica, transparência VIS

Alta condutividade elétrica e térmica, opacidade, refletores de IR e transparentes ao UV

Estados rotacionais

Momento angular é quantizado:

Energia do rotor rígido:

Consequentemente:

http://www.psnnewsletter.com/images/clients/330/n2_molecule_sm.gif

Estados rotacionais

http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/Hbase/molecule/rotrig.html#c1

Estados vibracionais

Oscilador harmônico:

onde

e

Estados vibracionais

Cte. de força: Coulomb

Constante de força

MoléculaFreqüência

x1013 HzConstante de força

N/m

HF 8.72 970

HCl 8.66 480

HBr 7.68 410

HI 6.69 320

CO 6.42 1860

NO 5.63 1530

Tipos de vibração: CO2

Vibração e rotação combinadas

Modos rotacionais e vibracionais são excitados simultaneamente:

Vibração e rotação combinadas

Para a transição de estado l+1 para l, a energia do fóton é:

Transições ópticas

http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/HBASE/molecule/molec.html#c2

Espectros de emissão típicos de moléculas

Espectro de absorção HCl

http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/Hbase/molecule/imgmol/hclspec2.gif

Espalhamento Raman

Combinação linear de orbitais atômicos

Ligante e anti-ligante

http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/HBASE/molecule/hmol.html#c1

Ligante e anti-ligante

http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/HBASE/molecule/hmol.html#c1

Hibridização:sp, sp2, sp3

Mínimo da energia total distância de equilíbrio

No caso de sólidos (at. iguais), energia mínima quando mesma vizinhança.

Arranjo 3D periódico

Estado cristalino

+ de 1 tipo de at. dist. periódicas de grupos definidos

Redes de translação

a

b

a = b

90o a

b

90o

a

b

90o

a

b

a

b

= 60o

a = b

paralelogramoquadrada retangular

retangular centrada hexagonal

2D

7 sistemas cristalinos em 3D

14 Redes de Bravais

Espaço 3DGrupos espaciais

“RB : conjunto periódico no qual as unidades repetidas do cristal estão dispostos”

unidades = átomos, moléculas, íons, etc.

2 definições equivalentes:

(a) Uma RB é um conjunto infinito de pontos discretos com um arranjo e orientação que parece exatamente o mesmo, visto a partir de quaisquer dos pontos do conjunto

(b) Uma RB (3D) consiste de todos os pontos do tipo:

vetores primitivosinteiros (pos. ou neg.)

Estruturas cristalinas simples

Cúbica de face centrada (fcc)

Ex:Cu, Ag, Au, Ni, Pd, Pt, Al …

Hexagonal compacto (hcp)

Ex:

Be, Cd, Ce, -Co, Dy, Er, Gd, Hf, Ho, La, Lu, Mg, Nd, Os, …

Hexagonal compacto (hcp)

Hexagonal compacto (hcp)

Hexagonal compacto (hcp)

Cúbica de corpo centrado (bcc)

Ex:

Metais alcalinos, Ba, V, Nb, Ta, W, Mo, …

Diamante

Ex:C (diamante)SiGe-Sn

Blenda de zinco (ZB)

Ex:CuF, CuCl, CuBr, CuI, AgI, BeS, BeSe, BeTe, MnS, MnSe, ZnS, ZnSe, ZnTe, CdS, CdTe, HgS, HgSe, HgTe, AlP, AlAs, AlSb, GaP, GaAs, GaSb, InP, InAs, InSb, SiC

NaCl(fcc interpenetradas)

CsCl(sc interpenetradas)

Estruturas iônicas

Ex:CsCl, CsBr, CsI, TlCl, TlBr, TlI

Ex:LiF, LiCl, LiBr, LiI, NaF, NaCl, NaBr, NaI, KF, KCl, KBr, KI, …