[科普中国]-振动形式

振动形式（mode of vibration）包括：伸缩振动，弯曲振动。了解振动形式有利于解释许多红外吸收的现象，提高分析速度和准确度。

振动形式定义双原子分子只有一种振动形式即伸缩振动（stretching vibration）。多原子分子的振动复杂，但基本上包括两类振动形式，即伸缩振动和弯曲振动（bending vibration） 。研究各种分子的振动形式，便于进一步了解光谱中吸收峰的起因、数目及变化规律。1

举例说明以亚甲基及甲基为例说明其不同的振动形式。1

振动形式分类伸缩振动化学键两端的原子沿键轴方向进行周期性变化的运动，用V表示。伸缩振动又分为对称伸缩振动（symmetrical stretching vibration）（ ）和不对称伸缩振动（asymmetrical stretching vibration）（ ）。亚甲基的对称伸缩振动（ ）是亚甲基上的两个碳氢键同时伸长或缩短；亚甲基的不对称伸缩振动（ ） 是亚甲基上的两个碳氢键同时交替伸长与缩短。1

弯曲振动键角发生规律性变化的振动，又称为变形振动（ deformation vibration） 。

具体可描述为：

（1） 面内弯曲振动（in-plane bending vibration）： 在几个原子构成的平面内进行的弯曲振动，用β表示。面内弯曲振动可分为剪式振动（ scissoring vibration） 和面内摇摆振动（rocking vibration） 。①剪式振动是振动过程中键角发生规律性地变化，似剪刀的开与闭，用 表示。亚甲基的剪式振动表现为两个碳氢键间夹角的规律性变化；②面内摇摆振动是在几个原子构成的平面内,基团作为一个整体进行摇摆，用 表示。亚甲基的面内摇摆振动表现为两个碳氢键的同方向同角度的摆动。

（2）面外弯曲振动（out-of-plane bending vibration）：在垂直于几个原子构成的平面方向上进行的弯曲振动，用 表示。面外弯曲振动又可分为面外摇摆振动（out-of-plane waggingvibration）和蜷曲振动（ twisting vibralion） 。①面外摇摆振动是分子或基团的端基原子同时在垂直于几个原子构成的平面内同方向振动，用ω表示。如亚甲基的两个氢原子同时做同向垂直于平面方向上的运动；②蜷曲振动是分子或基团的端基原子同时在垂直于几个原子构成的平面内反方向振动，用 表示。如亚甲基两个氢原子同时做反向垂直于平面方向上的运动。

（3）变形振动：多个化学键端的原子相对于分子的其余部分的弯曲振动，用 表示。

变形振动可分为对称变形振动和不对称变形振动。①对称变形振动是分子中三个化学键与分子轴线构成的夹角θ同时变小或变大。形似花瓣的开与闭，用 表示。如甲基的三个碳氢键同时向轴线做同角度的变化；②不对称变形振动是分子中三个化学键与分子轴线构成的夹角θ交替变小与变大，用 表示。如甲基的三个碳氢键同时交替向轴线做同角度的变化。21

振动形式的作用红外光谱的产生和表示在分子的振动过程中，只有那些能引起分子偶极矩改变的振动，才能吸收红外辐射，从而在红外光谱中出现吸收谱带。多原子分子的振动是由许多简单的、独立的振动组合而成的。在每个独立的振动中，所有原子都是以相同相位运动，可以近似地看作谐振子振动。这种振动称为简正振动。每个简正振动具有一定的能量，故应在特有的波数位置产生吸收。由n个原子组成的多原子分子存在有3n—6个简正振动，而线型分子则为3n-5个简正振动。在简单分子中，对这些基本振动进行理论解析是可能的，但在实际的复杂有机化合物中，简正振动数目很多，而且由于倍频振动和组合频振动也会出现吸收，所以使红外光谱变得很复杂。对于所有的红外吸收谱带在理论上进行解析将是非常困难的。

因此，当红外光谱用于定性分析时，通常是利用各种特征频率吸收图表，选出与官能团和骨架构有关的吸收谱带，而且还要与待定化合物的标准光谱相比较才能得出结论。

学习振动形式，有利用掌握各种典型的红外光谱图，为准确快速解析红外光谱图有重要意义。1

本词条内容贡献者为:

李廉 - 副教授 - 中国矿业大学