«Зерттеудің физикалық әдістері»

 

Колесников, З.А. Мансуров  

ФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ 

ИССЛЕДОВАНИЯ В ХИМИИ   

Учебное пособие 

Алматы: Издательство "Казак 

университетi", 2000. 161с. 

ИБ № 1162 

 

 

methodic/

phys_met

hods/ 

 

 

 

 

http://lib.k

azsu.kz/B

ooks/bk03

2/default.h

tm#ps 

2 

Физические методы 

исследования неорганическичх 

вещестов.  

Под редакцией А.Б. 

Никольского- М.; 

Академия,2006.-448с 

 

3 

 

13,6% 

 

 

4 

Аналитическая химия. Под 

редакцией Ищенко.-

М.:Академия,2004.-320с 

 

1 

 

4,5% 

 

 

5 

Васильев В.П.Аналитическая 

химия.Кн.1:Физико-

химические  методы анализа.-

М.:Дрофа,2003.-384с.. 

 

18 

 

82% 

 

 

6 

Васильев В.П.Аналитичексая 

химия. Сборник вопросов, 

упражнений и задач. –

М.:Дрофа,2003.-320с. 

 

6 

 

33% 

 

 

7 

Крешков А.П.Основы 

аналитической химии.Физико-

химические 

/инструментальные/ методы 

анализа. –М.:Химия,1970.-

472с. 

 

10 

 

45% 

 

 

8 

Основы аналитической химии. 

Практическое руководство. 

Под редакцией Ю.А.Золотова.-

М.:Высшая школа,2003.-463с. 

 

14 

 

28% 

 

 

9 

Балезин С.А. и др.    Основы   

физической и коллоидной 

химии. Учеб 

М.: Просвещ., 1975 

16 

 

32% 

 

 

10  Основы аналитической химии: 

Задачи и вопросы. Под ред. 

Ю.А.Золотова.- М.:Высшая 

3 

 

14% 

 

 

 

школа,2002.- 412с 

11  Николаев Л.А.   Физическая 

химия.  Учеб.  2-е изд. М.: 

Высш.шк., 1983 

5 

 

10% 

 

 

16  М.И.  Гельфман,  Практикумпо 

физической 

химии. 

ЛАНЬ-

2004 с. 123-139. 

 

50 

 

100% 

 

 

20  А. Дулицкая, Р.И. Фельдман 

Практикум по физической и 

коллоидной химии.-М., ВШ., 

1978 

10 

 

100 

 

 

5. ПӘН БОЙЫНША ДӘРІСТЕРДІҢ КОНСПЕКТІСІ 

 

№ 1 дәріс 

Тақырыбы: Кіріспе 

.Қарастырылатын сұрақтар: 

  Физикалық әдістірі пәні 

  . Физикалық зерттеу әдістерінің жалпы сипаттамасы 

  Физикалық зерттеу әдістерінің жіктелуі 

  Физикалық зерттеу әдістерінің жалпы сипаттамалары: 

тура және кері есептер, сезімталдық және ажырату қабілеті. Әдістің сипаттаушы уақыты. 

Дәрістің  мақсаты:  Студенттер    анализдің  инструменттік  әдістері  жайында  мағұлмат  ( 

потенциометрия,  кондуктометрия, электрофорез, дипольдік момент әдісі, оптикалық активтілік 

және    оптикалық  айналу),    негізгі  ұғымдар,  физикалық  шамаларын  анықтау  және  өлшем 

біріліктері беру.  

  Дәрістің мазмұны:  

Қазіргі кездегі инструменттік әдістердің түрлері және оларды қолдану аймағы. Физикалық 

зерттеу әдістерінің жалпы сипаттамасы.  

 Физикалық зерттеу әдістерінің жіктелуі: ультракүлгін (УК) және инфрақызыл ядролық 

магниттік резонаныс (ЯМР), парамагниттік резонанс (ЭПР), қызыл спектроскопия масс- 

спектроскопия,  рефрактометрия және т.б. маңызды анализдің  спектральдық әдістер.   

.Потенциометрия,кондуктометрия,электрофорез,дипольдік момент әдісі,оптикалық активтілік 

және оптикалық айналу,масс-спектроскопия,рефрактометрия.. Молекулалық спектроскопия 

әдістері:УК,ИҚ,ЯМР. 

№ 2 дәріс 

Тақырыбы::Физикалық зерттеу әдістерінің жалпы сипаттамалары 

Атомдар  мен  молекулалардың  физикалық  қасиеттері.  Физикалық  қасиеттерді  анықтау 

әдістері.  Әдістің  физикалық  теориясы.  Тура  және  кері  есептер.  Есептің  қорректілігі  жөнінде 

түсінік. 

Әдістердің  жалпы  сипаттамасы  мен  жіктелуі.  Сәуленің  затпен  әрекеттесуі.  Жұту, 

шығару, шашырату. Спектрокопиялық және дифракциялық әдістер. Әртүрлі әдістердің 

энергетикалық сипаттамалары. Сезімталдық және ажырату қабілеті. Әдістің сипаттаушы 

уақыты. 

Дифракциялық  әдістердегі  шашырату  амплитудалардың  қатынасы.Рентгенография, 

электронография, нейтронография әдістерін қолдану. 

Бұл  әдіспен  алынған  нәтижелердің  басқа  әдістермен  алынған  нәтижелерден  тәуелділігі. 

Әдістердің мүмкіндіктері мен қолдану шектері. Әдістерді біріктіріп қолдану. 

Өзін-өзі тексеретін сұрақтар: 

  Физикалық  әдістің тура және кері есебінеа анықтама бер. 

  Дәлдікпен қойылған есептің  шарттарын сипатта 

  Әдістің сипаттамалық уақытын  қалай анықтауға болады? 

 

  Химиядағы физикалық зерттеудің рөлі қандай. 

Пайдаланатын әдебиеттер: [1]  5-14., [2 ]  5-18 

№3- дәріс 

Тақырыбы: Эмиссиялық спектроскопия. 

Қарастырылатын сұрақтар: 

  Эмиссиялық спектроскопияның теориялық негіздері. 

  Энергия деңгейлерінің негізгі сипаттамалары.  Спектлиальдық термдер 

  Спекрлік сызықтардың интенсивтілігі 

  Сапалық және сандық спектрлік анализ 

 

Дәрістің мақсаты: Эмиссиялық спектроскопия теориялық негіздері қолданылуы  туралы  

түсінік  беру. 

Дәрістің мазмұны:  Эмиссиялық спектроскопияның теориялық негіздері. 

Эмиссиялық спектроскопиялық әдіс газ түріндегі заттардың иондары мен атомдар шығратын 

жарық толқын ұзындығының, интенсивтілігінің т.б. сипаттамаларының өзгерісіне негізденген. 

Атомның жарықты шығаруы атом энергиясының өзгерісі есебінен өтеді. Қозуға қажетті энергия 

әсер еткенде атом қозып, жоғарғы қозған күйге өтеді. 

Сәулелену жиынтығы атомның  энергетикалық жағдайымен байланысты. 

Бір электронды ең қарапайым сутегі атомының энергетикалық жағдайы Шредингер теңдеуінің 

көмегімен анықталады.  Шредингер теңдеуін шешуде  үш кванттық сандар жиынтығын алады: 

бас квант саны n, қосымша квант саны  l және магниттік квант саны m. Электрондық 

жағдайды толық сипаттау үшін қажетті төртінші спиндік немесе тек спин деп аталатын кван 

саны m

S 

, Шредингер теңдеуімен байланысты емес.  

 Спектрлік сызықтардың толқындық саны Ридберг теңдеуіне сай  екі санның айырымы ретінде 

берілуі мүмкін: 

v

, 

= R/n

1 

2

 - R/n

2 

2

. 

Тұл өлшем спектрлік терм Т деп аталады: 

Т

1

(n

1

)

 

= R/n

1 

2

;  Т

*

(n

*

)

 

= R/n

* 

2

; 

 Яғни,  

v

, 

= Т

1

(n

1

)- Т

*

(n

*

).

 

Энергия  деңгейлерінің  негізгі  сипаттамалары.    Спекторлардағы    интенсивтілік  пен  ауысу   

ықтималдылығы.  Спекторлардағы    интенсивтілік  пен  ауысу      ықтималдылығы.  Негізгі 

элементтердің сипаттамалары. Химиялық элементтерді анықтау. 

Өзін-өзі тексеретін сұрақтар: 

  Неге атомдық спекторлар сызықты? 

  Электрон жағдайын қандай квант сандары сипаттайды? 

  Қандай  электандық    ауысулар  рұқсат  етілген,  рұқсат  етілмеген  ,  резонансты  деп 

аталады? 

  Ломакин- Шайбе теңдеуіне қандай өлшемдер кіреді? 

 

№4 дәріс 

Тақырыбы: Комбинациялық шашыратудың айналмалы спектрлері 

Қарастырылатын сұрақтар: 

  ЖКШ кұбылысы мен айналмалы спектрлер теориясы 

  Спектрді алу шарттары. таңдап алу ережелері. 

  Комбинациялық шашыратудың айналмалы спектрінің жиіліктері үшін теңдеулер. 

сызықтық молекулалар жағдайы. 

  ЖКШ лазерлі техникасы. 

Дәрістің мақсаты: ЖКШ  айналмалы спектрлер теориясын мен  лазерлі техникасын, 

зеттеулерде қолданылуы түсіндіру. 

Дәрістің мазмұны:   Әдістің шектері. кұбылысы мен айналмалы спектрлер теориясы 

 

Әрбір ауысуға бір ғана фотон катысады (шыққан немесе жұтылған). Сонымен қатар екі немесе 

көп  фотонды  ауысулар  да  кездеседі,  олар  бір  мезгілде  екі  немёсе  одан  да  көп  фотондардың 

шығуы  немесе  жұтылуымен  сипатталады/(фотондардың  сатылай  шығуы  немесе 

жұтылумен  шатастырмаңыздар,  ол  кезде  әрбір  ауысудан  кейін  уақыт  өтумен  және  аралық 

күймен ерекшеленеді). 

Екі  фотонды  ауысулардың  екі  типін  бөліп  қарастырады.  Біріншісінде,  фотонның 

молекуламен  әсерлесуінің  әрбір  элементар  актісінде  суммалық  энергиялары  молекуланың 

козу энергиясымен сәйкес келетін екі фотон жұтылады немесе шығарылады. Екіншісінде, бір 

мезгілде  бір  фотон  жұтылып,  екінші  фотон  шығарылатын,  әр  түрлілік  ауысудар  деп  аталатын 

ауысулар  орындалады.  Екі  фотонды  ауысулардың  осы  екінші  түріне  жарықтың 

комбинациялық  шашырау (ЖКШ) эффектісі жатады 

Екі фотонды ауысулардың ықтималдығы бір фотондыға қарағанда 105 есе аз. Сондықтан 

ЖКШ  спектрлерінің  интенсивтілігі  төмен,  флуоресценция  спектрлеріне  қарағанда  үлкен 

қиындықпен  байқалады.  Қалыпты  жағдайда  ЖКШ-ын  молекуламен  әсерлесетін  фотонның 

энергиясы  молекуланың  электронмен қозу энергиясынан төмен болған кезде зерттеледі; басқа 

жағдайда  интенсивтілігі  ЖКШ  спектрінін  интенсивтілігінен  бірнеше  есе  жоғары  және  оны 

"жауып" кететін флуоресценция пайда болады. Осыған сәйкес, ЖКШ спектроскопия   әдісімен   

тек      қана      молекулалардың      тербелмелі-айналмалы  ауысуларын  зерттейді.  Осы      бөлімде    

айналмалы        КШ-спектрлерін      ғана  ЖКШ          әдісі          мен          техникасы          келесі  бөлімде 

қарастырылатын тербелмелі КШ-спектрлерінде де өзгеріссіз қолданылады. 

 

мүмкін, бұл кезде бір мезгілде hv

o

 фотонның жұтылуымен h (V

0

+V

1

) энергиясы бар фотон 

шығарылады, яғни молекула өзінің қозу энергиясын монохроматтық сәуленің фотонына беріп, 

негізгі  Е

2

  күйге  ауысады.  Бірақ  мұндай  фотондардың  сәуле  шығару  ықтималдығы  өте 

төмен, себебі ықтималдық қозған күйдің төмен толығуымен анықталады. 

С о н ым е н,   з а тт ы   б а ғы тт а лғ а н   мо но хро м а тт ы қ   ж ар ы қп е н   сәулелендіргенде 

оның  көп  бөлігі  өзгеріссіз  өтеді,  ал  аз  ғана  бөлігі  (екі  квантты  ауысулардың  ықтималдығының 

аздығынан  -  шамамен  10

-5

)  әр  түрлі  бағытта  шашырайды.        Шашырау  спектрлерінде  үш 

жиіліктің сәулелену сызықтары 

байқалады: V

0

, V

0

–V

1

, V

0

+V

1

. 

Жиілігі  өзгермейтін  шашырауды  релей  шашырауы  деп  атайды,  ал  жиілігі  V

0

±V

1

  

өзгеретін шашырауды комбинациялық шашырау деп атайды, себебі қоздыратын   V

0

 жиілік  

молекуланың  қозған   күйінің V

1

   жиілігімен             комбинацияланады. ЖКШ спектрлерінің 

төмен жиілікті сызықтарын стокстық деп, ал жоғарғы жиілікті сызықтарын антистокстьқ деп 

айту  қабылданған,  КШ-спектрінде  (5-сурет)  релей  шашырауының  салыстырмалы  түрде 

интенсивті  сызығы  және  онын  екі  жағынан  бірдей  қашықтықта  комбинациялық 

шашыраудың әлсіз сызыктары байкалады, оның үстіне жиілігі жоғары компонента өте әлсіз 

болады.  (Шет  ел  әдебиетінде  КШ-спектрлерін  индиялык  ғалым  Раманның  қүрметіне  Раман-

спектрлері деп атайды, 5 - сурет). 

Айналмалы  спектрлерді  молекулалардың      энергиялык  деңгейлері  келесі  формуламен 

бейнеленетін қатаң ротатор моделінде қарастырамыз:  

                            

 

мұндағы 

            

 

 

- потенциалдық энергия қисығының минимумына қатысты айналу тұрақтысы, см

-1

; І

е

 - инерция 

моменті; 

 -  келтірілген  масса;  r

e

  -  тепе-тең  ядро  аралық  кашыктық;  J=0,1,2,3,..-  айналудың 

квант саны; h - Планк тұрақтысы; с -зарық жылдамдығы». 

Молекуланң  дәл  моделі  -  тербелмелі  ротатор.  Егер  тербелулер  мен  анналулар  тәуелсіз 

болғанда,  онда  әрбір  тербелу  деңгейіне  айналу  деңгейлерінің  стереотиптік  жиынтығы 

сәйкес келер еді. Бірақ V тербелмелі квант санының өсуімен r

e

 ядро аралық қашықтық та өседі, 

сондықтан айналу тұрақтысы B

v

 келесі түрде азаяды: 

                   

 

 

 

мүндағы а

е

 - тербелу-айналудың әсерлесу түрақтысы. 

Айналмалы  ауысулар  үшін  іріктеу  ережесі  ИҚ  -  және  микротолқындық  спектрлерде  келесі 

түрде  бейнеленеді: 

,

.

1

J

J

J

J

J



















  ал 

1







J

J

  деп  кабылдасақ,  онда  айналу 

спектріндегі сызықтар үшін келесі көріністі аламыз: 

                  

 

Сонымен, көршілес сызықтардың ара қашықтығы 2Вv, 4Вv, 6Вv және т.б. болады, яғни айналу 

деңгейлері  J  өсуімен  алшактайды,  бірақ  спектрдегі  көршілес  сызықтардың  ара  қашықтығы 

түрақты болып қалады: 

                 

 

дегенмен де бірінші сызық  

v

B

v

2

~ 

 орналасады. 

Дәл  өлшеулер  кезінде  J  өсуімен  көршілес  сызықтар  бір  біріне  жақындайды. Қатаң емес 

ротатордың моделінде бұл эффект орталықтан тебіле созылу тұрақтысы Dv арқылы ескеріледі: 

                       

 

Вv  реті  1-2  см

-1

  болғанда, 

1

6

10







cм

D

v

  болады,  сондықтан  орталықтан  тебіле  созылу 

мөлшеріне түзетулер тек қана J үлкен болғанда ғана енгізіледі. Бірақ жеңіл молекулаларда Dv 

мәнін J  аз болғанда да ескеру қажет. 

Айналмалы    КШ-спектрлері    жағдайында    іріктеу    ережесі    өзгеріп, 

 

2

,

0 



J

  түріне ие болады. Сонда келесі теңдеуді аламы 

яғни   бірінші   айналу   сызығы   

0

~

v    қоздырушы   сызықтан   6Вv  қашықтықта 

орналасады.  Жұтылудың  айналмалы  ИҚ-спектрі  тек  қана  НС1,  СО  және  т.б.  полярлы 

молекулаларда  ғана,  ал  КШ-спектрі  полярлық  та,  полярсыз  да  молекулаларда  бола  беретінін 

айта кету керек. 

Айналу спектрлерінен көршілес сызықтардың ара қашықтығы бойынша Вv табылады, осы Вv - 

дан үлкен дәлдікпен инерция моменті және ядро аралық қашықтық есептеледі. 

2 кесте 

Негізгі электрондық күйдегі кейбір екі атомды молекулалардың айналу  

тұрақтылары мен ядро аралық қашықтықтары 

 

 

Көптеген  белгілі  екі  атомды  молекулалар 

үшін  ядро  аралық  қашықтық  0,074  нм  (Н2)  және 

0,465  нм  (Сs

2

)  арасындағы  диапазонда  жатады,  ал 

 

айналу  спектрлерінің  сызықтарының  ара  қащықтығы  0,01-ден  120  см

-1

  арасында 

өзгеред 

 

 

 

Әдебиет: 

(1)2 т. §2.1. 20-26 б. 

 

 

Өзін-өзі тексеретін сұрақтар: 

  Қандай  шашырауды релей шашырауы деп атайды? 

  Сстокстық  және антистокстьқ сызықтар деген не? 

 

  Айналмалы  спектрлерді  молекулалардың      энергиялык  деңгейлері  қатаң  ротатор 

моделінде қарастыратын  формула қандай?  

  Айналмалы    КШ-спектрлері    жағдайында    іріктеу    ережесі қандай?    

Пайдаланатын әдебиеттер 

 [1]  14-26., [10 ]  5-1 ;   [11 ]  5-18 

 

№5-6 дәріс 

Тақырыбы: Адсорбциялық спектроскопия 

Қарастырылатын сұрақтар: 

  Электрондық спектрлер теориясының негізі  

  Ламберт-Бугер-Бер заңы.  

  . Сіңіру спектрлары.   

Тірек сөздер: адсорбциялық спектроскопия, Ламберт-Бугер-Бер, оптикалық тығыздық, 

экстинция коэффициенті. 

Дәрістің мақсаты: Адсорбциялық спектроскопияның теориясының негізі - Ламберт-Бугер-Бер 

заңы түсіндіру. Аайналмалы, тербелмелі және электрондық спкатрлер туралы түсініктер беру.   

 

Дәрістің мазмұны:  

Адсорбциялық спектроскопияның теориясының негізі.Спектрдің ультракүлгін және 

көрінетін Ламберт-Бугер-Бер заңы. 

lg J

0 

 /lg J= CEl 

                           

 Жарық сіңірудің негізгі заңынан ауытқуы. Сіңіру спектрлары.  Сіңіру спектрлерінің пайда 

болуы. Айналмалы спектрлар. Электрондық ауысудың жіктелуі. Электрондық ауысудың 

интенсивтігі .Электрондық спектрлерге молекулалық өзара әсердің әсері. Электрондық 

спектрлердегі кеңістік эффектілері.Спектральдық аспаптың принциптік сызбасы.Спектральдық 

өлшеулердегі қолданылатын ерітінділер,оптикалық және басқа материалдар.Электрондық 

спектрлер алу әдісі.Электрондық спектрлерді талдау әдістері. 

Өзін-өзі тексеретін сұрақтар: 

  Адсорбциялық спектрлер деген  не?? 

  Жарықты сіңірудің негізгі заңы ? 

  Ламберт-Бугер-Бер заңының матиматикалық өрнегі. 

  Оптикалық тығыздық және  экстинция коэффициенті деген не? 

Пайдаланатын әдебиеттер 

 [1]  14-26., [10 ]  1-бөлім 1- тарау 1.1-1.5.;  [11 ] 3.1.-3.2.2. 50-56 б. 7.1-7.2. 

Основы  аналитической  химии.  Практическое  руководство.  Под  редакцией  Ю.А.Золотова.-

М.:Высшая школа,2003.-463с.  7.4.1.с.396-400. 

 

№ 7-8 дәріс  

Тақырыбы: Инфрақызыл спектроскопия.  Тербелмелі спектроскопия. 

Қарастырылатын сұрақтар: 

  Инфрақызыл спектроскопия  

  Көп атомды молекулалардың тербелу спектрлері 

  Тербелмелі термдер. Негізгі ауысулар 

  Инфрақызыл спектроскопияны  зерттеулерде қолдану.  

Тірек сөздер: адсорбция,  ИК спектроскопиясы,  обертондар, «ыстық» жолақтар, гормоникалық 

және ангормоникалы осцилляторлар спектрі 

Дәрістің мақсаты: Молекуланың тербелмелі спектрлер ұғымына сүйене отырып, ИҚ –

спектроскопиян әдісінің теориялық негізін түсіндіру. 

Дәрістің мазмұны: 

Тербелмелі спектроскопияның теориялық негіздері.  

 

Көп атомды молекулалардың тербелу спектрлерін квантты –механикалық бейнелеу әдісі. 

Энергия  деңгейлері,  олардың  жіктелуі.  Фундаменталдық,  обертондық  және  құрама 

жиіліктер,  «ыстық»  жолақтар.  Тербелу  спектрлері  жолақтарының  интенсивтігі.  Таңдап  алу 

ережелері және ИҚ-жұту мен КШ –спектрлерінің интенсивтіктері. 

Қалыпты тербелістердің формасы мен симметриясы бойынша жіктелуі.Спектрохимиялық 

есептерді шешу үшін инфрақызыл спектроскопияың негізгі қолданлу аймағы.Қосылыстарды 

салыстыру мен құрылымдық-топтық анализ. 

Малекулалар және нормальды тербелістер симметриясы.  Молекуланың тербелісі және 

молекуланың инфрақызыл тербеліс спектрлері. Екі атомды молекула тербелісі. Гормоникалы 

және ангормоникалы осцилляторлар спектрі.Екі атомды молекулалардың тербеліс-айналу 

спектрлері.Көп атомды молекулалар тербелісі.Қалыпты тербелістер туралы түсінік. 

Инфрақызыл жолақтардың интенсивтігі.    

Молекулалардың  симметриясын  есепке  алу.  Молекуланың  нормальды  тербелістерін 

тәжірибелік  мәліметтер  бойынша  анализдеу.  ИҚ  және  КШ  –спектрлерді  салыстыру  және 

молекуланың симметриясы жөнінде қорытынды жасау. 

ИҚ 

–спектроскопияның 

техникасы 

мен 

әдістемесі. 

ИҚ 

–спектроскопияның 

аппаратурасы,  мөлдір  материалдар.  Қосымша  ыңғайлататын  аспаптар,  үлгілерді  дайындау. 

НПВО материалдар. Алыс ИҚ –облысы техникасының ерекшеліктері. КШ –спектроскопияның 

аппаратурасы,  лазердік  қоздырғыштардың  артықшылықтары.  ИҚ  және  КШ  –спектроскопия 

әдістерін салыстыру, олардың құндылықтары мен кемшіліктері. 

 

жүктеу/скачать 1,4 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: