Het infraroodspectrum van (gasvormig) zoutzuur HCl bestaat uit een aantal scherpe absorptielijnen gegroepeerd rond ca. 2886 cm^-1. Dat wil zeggen dat wanneer infrarode straling door een volume gas gestuurd wordt dat zoutzuur bevat vrijwel alle fotonen ongehinderd zich door het gas kunnen voortbewegen. Slechts die fotonen die een golfgetal bezitten die met een van de lijnen overeenkomt kunnen worden geabsorbeerd.

De absorptie van een foton zorgt ervoor dat de energie van het foton omgezet word in bewegingsenergie van het HCl molecuul. Twee soorten bewegingen spelen hierbij een rol: trilling en rotatie.

Table of contents

1 Trillingsenergie 2 Rotatie 3 Isotoop-effect

Trillingsenergie

Bij de trillingsbeweging treedt de chemische binding in het H-Cl molecuul op als een veer met een bepaalde stijfheid. Omdat moleculen bijzonder klein zijn mogen we echter deze veer niet meer als een klassieke veer beschouwen. Volgens de kwantummechanica kan de veer namelijk maar op een beperkt aantal manieren trillen, die goed te vergelijken zijn met de overtonen die men op een gespannen snaar kan opwekken. De trillingtoestanden kunnen worden genummerd met het kwantumnummer v dat de waarde 0,1,2,.. enz. kan hebben. De energie die de veer bezit is in eerste benadering te schrijven als:

E(v) = hν_e(v + 1/2)

Rotatie

Ook voor rotatie geldt dat er maar bepaalde toestanden toegestaan zijn. Zij worden gekenmerkt door het rotatie-kwantumgetal J =0,1,2,3,... en de energie:

E(J) = h.B.J(J+1)

De verandering in het rotatie-kwantumgetal ΔJ kan ofwel +1 ofwel -1 zijn, in het laatste geval gaat het molecuul juist wat minder hard draaien. Omdat B naar verhouding klein is (ca 10.5 cm^-1kunnen moleculen bij kamertemperatuur zich wel in een aangeslagen rotatie-toestand bevinden. Het gevolg is een aantal lijnen in twee takken. De de R-tak gaat J omhoog. De eerste lijn (vanuit het midden van het spectrum gerekend) komt overeen met J=0 naar J=1, de tweede 1->2, derde 2->3 enzovoorts. Voor de P-tak gaat J omlaag (eerste lijn 1->0, tweede 2->1 enzovoorts).

Isotoop-effect

Omdat chloor bestaat uit twee isotopen ³⁵Cl en ³⁷Cl is de energie die benodigd is voor een verandering in de rotatie niet altijd precies hetzelfde. Voor ongeveer een kwart van de moleculen kost de verandering een iets andere energie omdat ³⁷Cl iets zwaarder is. Iedere lijn in het spectrum bestaat daarom uit een doublet, die bij schaalvergroting goed te zien zijn.