In diesem Versuch soll die Masse des Deuteriumatoms IR-spektroskopisch ermittelt werden. Gegeben seien die Massen von 12C (12,000 u) und 1H (1,0078 u).
Geräte:
NaCl-Küvette, IR-Spektrometer, Pipetten
Chemikalien:
Chloroform
Chloroform-d
Durchführung:
Die IR-Spektren von Chloroform und von Chloroform-d werden aufgenommen.
Aus den IR-Spektren werden die Wellenzahlen für die C-H- bzw. C-D-Streckschwingung abgelesen. Diese betragen:
ν1(C-H) = 3047 cm-1 = 304700 m-1
ν2(C-D) = 2237 cm-1 = 223700 m-1
Aus der Beziehung
(1)und der reduzierten Masse (es wird zur Vereinfachung mit der reduzierten Masse für ein zweiatomiges Molekül gerechnet, was hier aber eine gute Näherung darstellt)
(2)ergibt sich mit
m(C) = 12,000 u
m(H) = 1,0078 u
---> μ1 = 0,92972 u
und
c = 2,9979⋅108 m s-1
für die Kraftkonstante k der C-H-Bindung
(3)
Da k von der elektronischen Struktur und nicht vom Kern abhängig ist gilt es nicht nur für die C-H-Bindung, sondern auch für die elektronisch exakt gleiche C-D-Bindung. Formt man Gleichung (3) nach μ um, lässt sich somit die Masse des Deuteriums bestimmen. Für die reduzierte Masse ergibt sich
(4)
Die Masse ergibt sich aus der reduzierten Masse (2) durch
(5)
Dieser Wert weist innerhalb der Meßgenauigkeit keine Abweichung vom Literaturwert von 2,01410 u auf.
Literatur:
(1) Weast, R., Astle, M., CRC Handbook of Chemistry and Physics, CRC Press Inc., Boca Raton, USA, B-237f. (1980)
S. auch den Artikel zur Berechnung von Valenzschwingungen.
Bild:
Infrarotspektren von Chloroform (oben) und Chloroform-d (unten), aufgenommen auf einem PerkinElmer 457-IR-Spektrometer, Spaltprogramm N, Aufnahmezeit 55 Minuten.
Da Isses 
hab schon gewartet wann es kommt 