I{IE 2ll - Teori Kumpulan Dan Spektroskopi

(1)

.\ \

)Ll t!

i

LTNTVERSITI SAINS

MALAYSIA

Peperiksaan Semester Kedua Sidang Akademik 2003 12004

Februari/lvlac 2004

I{IE 2ll - Teori Kumpulan Dan Spektroskopi

Masa

:

^{2 jatrr}

Sila pastikan batrawa kertas peperiksaan

ini

mengandungi TUJLIH

BELAS

muka surat yang bercetak sebelum anda memulakan peperiksaan

ini.

Jawab

EMPAT

soalan. Jika calon menjawab lebih daripada

empat

soalan hanya empat soalan pertama mengikut susunan dalam skrip jawapan _akandiberi markatr.

Jadual Karakter dilampirkan.

...2/-

(2)

-2-

(6 markah)

IKTE

2lll

1.

(a)

Bagi molekul berikut:

(i)

(ii)

(ii1)

Nyatakan kumpulan

re titik.

(2 markah)

Gunakan matrik 2x2 turtuk mewakili setiap operasi simetri bagi molekul tersebut.

(6 markah)

Nyatakan

nilai

karakter bagi setiap operasi simetri yang dijanakan dalam

(ii).

(4 markah)

Kompleks gugusan

Ni,

[Ni3(CO)2(CsHs)r], seperti

berikut

mempunyai

struktur dengan kumpulan titik Dlr,. Berikan

penjelasan kanapa kompleks

Ni berikut

menunjukkan hanya satu

jalur

penygrapan untuk larmpulan karbonil dan satu

jalur

untuk kumpulan CsHr.

(D (b)

(3)

IKTE

2l1l

-3-

Nvatakan satu kaedah spektroskopi dan berikan dua alasan yang

paling

sesuai unnrk pencirian _kompleksberikut:

o\c\ Tt' -/o

i \ofr"6'fc'rrt\ot\

' -o/"i\o-c-o

o==c-o- ,1,r, ''-

(7 markah)

(a) Nyatakan kumpulan

titik

bagi setiap molekul berikut:

(ii)

(i)

tHl\

,/H

,/t: t\

HH

(iv)

CH2r\

cr\ -Pt' _ )cn,

Hrc{_ \., 'CHz

CI CI

(v)

"':-A-/tt *Y" t( )l

CI

(iii)

\o -r

Fe

I

(10 markah)

...4/-

(4)

KrE 2lll 4-

O) Dapatkan kumpulan titik bagi molekul

trans-PtCl2Br2

dan binalah

^jadual pendaraban

bagi

operasi-operasi

simetri yang boleh dijanakan

atas molekul tersebut.

(5 markatr)

(c) Dengan berdasarkan contoh molekul berikut, berikan ulasan

mengenai perbezaan antara perwakilan dege,nerat dan perwakilan bukan deqenerat.

N_N

(10 markah)

3.

Bagi molekul berikut:

cl-..

_\".

.'tt'..,,

_'t

.cl Fe

^Fe/.

/\ /\

CI/ \ CT

CI

(a)

Senaraikan unsur-unsur simetri yang mungkin.

(5 markah)

(b)

Tentukan kumpulan

titik.

(2 markah)

(c)

Dengan berdasarkan ikatan

Fe-Cl,

dapatkan satu

perwakilan

terturunkan _bagr kumpulan

titik

yang telatr ditentukan dalam

3(ii).

(4 markah)

(d) Turunkan perwakilan terturunkan dalam 3(iii) kepada perwakilan

tak terturunkan.

H...

v

t" ,o

(8 markatr)

(5)

IKTE ^211]

-5-

(e)

Dapatkan bilangan dan spesies

simetri

bagtr, getaran

yang aktif

dalam Raman dan inframeratr bagi molekul di atas.

(6 markah)

4. Kompleks

[qs-C5Me5;zFe2(CO)01 mempamirkan dua

jenis

_isomer

iaitu Kompleks A

dan Kompleks

B

seperti berikut:

)_ It

^I

K --8r ,/co # A\,u-!{"o, f

o"/ \"/ tVl-

"/ \" \bL

o4co

l\

Kompleks

A

Kompleks

B

(a) Berikan

alasan bagaimana kaedah spektroskopi inframeratr

dan

spektroskopi resonans magnetik nukleus

(RMN),

secara berasingan dapat membezakan kedua isomer tersebut.

(10 markah)

(b)

^Berikanpenjelasan terhadap perbezaan

nilai jalur

penyerapan

untuk

kumpulan karbonil yang

wujud

dalam kedua kompleks tersebut.

(7 markah)

(c) Lakarkan spektrum IR untuk Kompleks A dan B

serta nyatakan kumpulan berfungsi pada

jalur

yang diberikan.

(8 markah)

5.

^Tulis^notaringkas atau berikan penjelasan bagi setiap kenyataan berikut:

(a) Nyatakan perbezaan utama yang wujud dalam peralatan

spektroskopi inframeratr dan spektroskopi Raman.

(5 markah)

...6/-

(6)

KTE

^21tl

6-

(b)

Spektroskopi

RMN

^3tP

tidak

dapat digunakan

untuk

membezakan dua isomer yang wujud bagr kompleks [PtCl2(P(CHs):)z].

(5 markatr)

(c)

^{Satu sel}unit bagi sesuatu hablur dicirikan mengikut parameter dengan simbol c, b, c dan

o,

_F,

y.

Perihalkan parameter yang digunakan.

(5 markah)

(d)

^Berikanpenjelasan bagi turutan

nilai v

seperti berikut:

v(C-H)

> v(C=O) > v(C=$s) > v(Re=Re) > v(Re-Re)

(5 markah)

(e)

Lokasi puncak yang anjakan

kimia

dalam spektrum

RMN

dapat memperihalkan

tenaga yang diperlukan untuk

menghasilkan perubahan

spin pada

nukleus proton dalam sesuatu sebatian.

(5 markah)

-ooo O ooo-

(7)

(KfE

₂₁₁₎

LAMPIRAN

'.leil

9r_l

c,lrohl

A' I t I I :.Y,R, | :"Y";"rY A" I t -l | :.

^R',

R.' I

Yz' .xz

Character Tables

a - a a a o ' - t i " " " t t ' ^ot c ' t t

' t

" t

" ' ^{o o}c'i o

TEE NONNCIAL

^GROT]PS

-'l- i :i - -.

A, I r r I R',R'R,'| :=;Y"z''xY'x='Yz

-;: I r -r | ',Y'z

^I

,/

TIIE AXIAL

^GROTJPS

> The C,

^GrouPs

crlEczl

4

;ffi.- i",v-'"'"

B I r -l | .t'Y,R',Rr l

Yz'rz

A I r I l. l',R' I x'+!":-

, lfr r r'] l(r,y),(R,,Rf) ltr'-v"xv),(vz,x=)

L I lt €' e) l " '

^I

...8 /-

(8)

-8-

e

=

^exp(hi/S)

(:, y), (&, &)

(KTE

₂₁₁₎

12 + _;;2,_z2 02, ^xz)

A Er

Et

ECICl

I

^e

=

expt2tri/6)

(x, y), (&, R,)

e

=

exp(2zril7)

(x:, yz) (x2

-

^y',^xy)

(xz, _yzl I

I

e*l eJ

el t'J

I

II

ft tl

Ir ft

II

-*)

cl ,

e)

E:t

l

E-) e'* I

e'J

ll I I

I

[1., E2 r]

er*

I

I et €1* €]'

€3

ft e: €]* e*

^E

ft rr* a3 E e' [t et €* E2

^€r*

[t €]* € €r*

^€:

I

It tr (r

Ir

ft Ir

t

tl*

e'

e3 El'*

€

e*

ci

x2

+

y2, z2

(.r:.

-

^y:,^.r.v)

e

=

^exp(hril8)

(t'v)'

(Rr, R')

col

I

:i -l -l

-i

II

-l

-E*

-€

-i

i g*

c

(x, y), (R,, &)

(9)

(KTE 211)

> The

5,,

Groups

-9-

2

=

^gxp(2Ti/3)

R,

(&,

&) ,

(:, y)

c, si cz sl c2 sl

^e

=

exp(2,-rrl8) S.

ES.CzSll

IIII r -t I -l

[t r -r -i'l

tr -i. -l

ⁱ⁾

B F

A, Et A"

E.

A

D

El

ECICl

I

-t

E

ei -j -t

ll

-l

^I

-e, -l -e -l

-; ^I

tl e -l

s' -l lll

-l I -l

-e -j ."'J

-6' .- i .t )

; -t -; l

-i -r i

J

E' i -"}

e -i -E')

I

fr tr fr

It

Ir

Lr

R,

(:, _.v);

(R,, _R,)

a

> The

C^o

Groups

Cz o"(x:)

^a'.oQd_I

ttll

I -l -l

^I

-l -l

E

ZCz 3ao

r I -l lll

2-t

⁰ ^Rz^(r,^y),^(&,_&) ^(x'

-.y', D),

Gz, ^yz)

...7.O/-

(10)

-10-

(x, y)'

(&'

R')

(KTE 211)

c-4

^APPENDE^C

At Az Et Ez

Cu I

I I I ')

)

> The C* GrouPs

Bs A"

-

_B"'

llll I I I -l 2

²^cos

72'

2 cos

144"

⁰

2

²

cc

14,l;" 2

cos72"

⁰

E

2Cc

ZCt Cz 3q.

^3oo

(x'- y',xy)

Ar Az Bt Bz Er Ez

lll lll I I -l I I -l I -l -2 I -l

²

ECtCSosSr

z R,

(;r, y), ^(R,,R')

IR,

k,

^y)

(R', Rr)

(xz, yz)

(:t - y',

^ry)

I

-l

I

-t

0 0

a

" =

^qp(Zri/3)

{

lll I e s*l

I e* e)' I -l -l

I -e -"*J

I -e'-e

)

x2

+ yt,zi

(;r'

-

^{,tl, *y)}

(11)

)

^.'

'' *.Y',2'

t2 -. ^y2,

D

(xz, _yz)

(KTE _{21_1)}

{

I

I ^e

=

^qp(2ai/6)

Rr

(R.'&)

(r, y)

&

(&, R.,;

(:, y)

-7t-

C.^ | _l F a. /- t^J

-- | - v. t-: L.

tlllttt

-l I -l I -t I _l t -l -r I i -l -i)

-r -t i I _i _i

^'tJ

I t I -t -t. -t -l -l j -.1 I -l -t -r -r -i I -t I ,)

^I

-i -l r -l r I -;]

Cal

ECsCICiCial

I I

Ir u

I I

Ir

Lr As Bs

Et A.

B, tr

A' EI

Ea

E2

c-I

^E c6 ul C:

t

e tl g:

a:r

-t

rl* -l -e2

-6'

-€r

E' -l -62r -E

I -l !t I .a

I et

I -e' l-s I -t II l-e I -e' I e' I

e.

si si

e

=

^exp(2aflS)

R,

(:, y)

(8,, _R₎ (n, _y;)

I

'l

e'J

rtJl e-) -l _r.I -e) -et.l

-e'

) I

tl.

E'

f

e'

I

glt

E2

I

€:

t:r

€'

e

-e: -t

-62r I

er

e

e2' t:

I

t'

e

tl I

I

[l e e2

e!.

ll er elt

^E2

Jl r: e.

^e

[l €]* e

^e.

lr I

I

Jl t E- t'r

I e' s]t

^E2

[l e2 €'

^€

tl e2t e

Et

ltl I

-t I -'t -l -6 €'l -t -r' e

J

I -e' -r

⁾

I -e .E.J

-t -t -t I -t

^I

l e -i'l I c'-"J -l E. "

^I

-l , ,,J

-t -l

-t

-tt

Ci

(.r:. _.v:J

'I j

-E I

-c

-€t

-t -t

e'

E E

Et

IIiIII

! -l

,'. -r I -l I -l

ll € -er -l -e €'

[l E' -a -l -€t ^E

ii -€' -e

(.

t -e' -e (r -E -€. I -e -8.

tltttl

,l -l I _t I _t ll € -€r -t

-E

[l e' -€ -l -e* .6

,l

| -E' -E | -er -e tl -e -€+ I -e -€r

Ar ulD btl Ea A.

B.

En

Et

...12 /-

(12)

(KTE 211)

-72-

THE DIHEDRAL

GROUPS

> The D^

Groups

Ar Az LI

Dc

Cz$)

^CzG)

DrlEzC.

lll lll

2

²^cos

72"

2 cos

l4o

2

²^cos14.y'" 2 cos 72"

E 2C, 2Ct Cz

3Ci

E ZCt

^3Cz

|

(,r axis is coincidcnt with C:) x2, !2, ^z2 xy

yz

(x' - y',

^xy),^(xz,^yz)

(r axis cdincident with Ci)

lll

I I -l I -l

^I

I -l -l

Z, R,

!,

^R,

X, R,

tll l I -l 2-t

⁰

llll I I I -l

I -l I

^I

I -l I -l

20-20

A, Az Br Bz

_I

I

-l

I 0

z, R,

(.r, )), ^{(R', R')}

x2-y2

xy (xz, yz)

t'

I

-l

0 0

(.r axis coincident with C:)

(x, y), (&,

&)

|

(x axls coincident with Ci)

(x, y),

(&,I)

(r=, yz)

lllll

I I I -l -l I l -l I -l I I -l -l

^I

r -l -2 0

⁰

l -l z 0

⁰

At A2 Br Bz Et

(13)

(KTE 211)

-13-

> The D* Groups

Ai Ai

L

ei Ai

A, Bq B4

B,

A"

Br"

Bz"

By

Dllr Du

E ZCt 3Cz crr Z$

3co

E Czk)

C'Cv)

C:(:) i o(xy) o(xz)

clvz)

(.r axis coineidest wirh _Cr)

I -r llr

^-1.

I I -l

t -l

^l-

lll

I -l -l I I -l

I -l

^I

ll tl I -l l -t I -t I -l II ll

.l

_l

-l -l I -t

-l

^I

-l -l

-t II

^I

I -l

xy

v?

R, R,

&

.v

I I .l I I

^I

I I -l I I -l

2 -t 0 2 -r

⁰

r r I -t -l -l

I I -t -l -l

^I

2 -t 0 -2 I

⁰

R,

(r, y)

(R., _Rr)

.r: + y2,

::

(x'

- y',xy)

D- | E 2C. Cz 2Ci zci i 2S. oh 2o.

Zod

I

^Gaxis coincidenr with Ci) Art

A2a

Bv

t

^Bz,

Ar"

Az.

Bn Bz.

I I I I 1 I I

'l I

tlltlllll

I I -r -t I I I -t -t -r I I -l I -l I I -t -l l -l I I -l I -l

^I

0-20020-200

l I I i -r -l -l -l -l r I -l -i -l -l -l I

^I

-r l I -l -t -l -l -l

^I

-l l -i r -f'r -l I -r 0 -2 0 0 -2 0 2 0

⁰

JR.

(R" Rr)

(x, y)

^ ' I t-

x'-

^y-

(xz, y=)

lal n:

Ai A!

lrltlll

i I I -l I I

t

7 2cos72o 2cos14" 0 Z.2cos72o

2cosl44o

2

2 cos

l4o

2 ^cos

72" 0 2

^.2

cu l4o

2 cos 72"

I

-l

U

0

-l

I U U

R.

(:, y)

(.4., R.)

.r: + yr,

:;

(xt

- y',

^xy)

(.':, y:)

I

2

2 cos

72"

2 cos l44el

2

²^cos

l*+"

.2 cos 72o

I -t -l

-t -t -l

0 -2 -2

^cos

72" -2

cos lM"

0 -2 -2

^cos

l44o -2

^cos^7Zo

-l -I

..74 /-

(14)

(KTB 211)

_74-

D* I E

^2Co

ZCt' Cz 3C: 3Ci i 25, 8c ott 3q, 3o, I tt rrir

coincidcnt with Ci)

ll ll I -l I -l 2l

) -l

ll ll I -l I -l 2l 2-l

Atr

Azc

trr

Ba

utlF

Ar.

Au Bv

Bt

E,"

Ez-

D$l E

^2C,

2C) 2C. C:

^ACi

{i

i

I I I .l I I

^I

-l r I 'l I -l -l -l l -l I -i I -l I I -l I -t -l

^I

0 2 I -l -2 0

⁰

0 2 -l -l 2 0

⁰

r -l -l -t -l -l -l -l -l -l -l -l l

I

-l -l I -t I -l

^I

I -l I -t l I -l 0 -2 -l | 2 0

⁰

0-2 I l-2 0

⁰

(;c axis coineident with Ci)

25i ZS, 5. or u, 6, | $

(rz, yz)

(x'-

y,'zy)

axis coincident with Ci) .r:..+ y:,

::

(t:.

_lz)

(:: -

^y:.^.ry)

ll1 I I -l I -1 i I -t -l -l -2

⁰

-l 2

⁰

lll I I -l I -l

^I

I -l -l -r -2

⁰

-l 20

R,

(&,

&)

t

(;r, y)

Art Ay 8r, 87,

8..

Ar"

A.- 8.- 'EL

llllll

I I I I -l -l -t -l I I I -l -t -l I I -l

^I

rt-rn o-: o

^o

0 0-? 2 0

⁰

-rh. ,n o-2 o

^o

llllll

I I I I -l -l -l -l I I I -l -t -l I r -l

^I

,n-rn o-2 o

^o

0 0-2 : 0

⁰

-\n tn o-2 o

^o

ltttlt

I I I I -l -l -t -l I I I -l -t -r I I -t

^I

vi-\n o-2 o

^o

0 0-2 2 0

⁰

,n {z o-2 o

^o

-t -t -r -l -l -l -r -t -l -t l

^I

I I -t -l -l

^I

I I -l -r I -t

\n\n'ozoo

0 0 2-2 0

⁰

\n-tfz o 2 o

^o

Rr

(,R,. R.)

R,

(:, y), ^(,t,,&)

R,

(&, R,)

(r. y)

(x. y)

x:

+ y:,

t:

x'- y'

xy

(::,

yz)

72

+

y2,22

(:t -'yt, r/);

^(-r:,^yz)

> The D,a Groups

D- | E 5. cz zci

^zo!

tlll I I I -l I -l I

^I

I -l I -l

i o-z

^o

Ar

A2 Bl Bz

D:r

tll i I -l

2-t

⁰

I -l -r

2r0

lll

t I -l

2-t

⁰

lll I I -1

! -t A^u

Av Aa

H3F A,

A

E 2Ct 3Cz i

25c 3qa ^(.xaxis coii'rsidert with CJ

(15)

I

-t

-1.

II 0 0 0

III ltl

I -l

^I

I -l

^I

o -\n -2

o \/, 292 -2

t

-l

0 0

-l

I 0 0 I

-I

0 0 I

-t

0 0 I 2Cs

I

1 7

I 2

)

Dse

.i

Att

Azt

utt Av Az' En

Ez.

Ir

-l -l I -t -t

^I

00 00 00 00 00

I I

I

'II

,)

7

-t

r, I I

I

I Illl -t I _t I -I I -:

2'\nl0

2 l -r -2

20-20 2-t-12

z-\nlo

Ar Az Br Bz Er Ez

Es I I

2 cos 72"

2 cos 14"

I

I 2 cos 72"

2 cos 14"

I

I 2 cos _l44o 2 cos 72"

I I 2 cos

l/tr.

2 cw 72"

-15-

I

-l

I

-l'

0.' 0

0.

Ztio

tt lt

2

²

#72"

2 .2cosl44o

-I -t

-t -l

-2 -2

^cos^72"^.

-2 -2

^cos^l4{o

(:, y)

(&'&l

25ro I I

2ccr 144"

2 cos 7T

-l -t

-2

^cos^144"

-2

cos 72"

(=,.vs)

(:t -

y:, {u) At

A

Bl

B2

Ez Es

E 2Sr 2C,

zsi

ll II I -l I -l

2 \r2

20 2 -\n

(KTE

_211)-

(r axis coincident wirh Cj)

(tt -

.yt,:y) (::, _y:)

sa,

-l

|

(.r axis coincidenr wirh C:)

R,

(&, RJ

(.r, y)

D6r I e

^2sr:

THE CUBIC

GROTIPS

2Cc 25, 2Ct 251, C, 6C',

6o.,

I t,

axis coincident with _CJ

Il ll

| -l

.l

I -t

_ vJ

-l ^r.

2-

0

-t -I

-l \n

x2+y2+zz

t^ a

t/-:' -;:' - )-, t' - y')

(xy,

n,

^yz)

f,

(:,

y)

(xt

- /t,

^xy)

(.c. yr)

> Tetrahedral Groups

E 4Ct

4C3 3C,

(r?, R , R,), ^(:r,y, z)

...76/-

(16)

-1b-

E 4Ct rcl

^3Cz

4Sc 45;

^3on ^(e

=

exp(2zri/3)

(scE

₂₁₁₎

(xz, yz, _ry'J

x2+y2+22

(L=

- ,'- y',

r' - )t) ll ll

[t

^e

I

^€*

[r

^e

il

^er

30 30

A, A.

Et

tt T

I I g*

e

I

I I I I

I

-l -l

I

-l

-t

-l

I

-l

e

e*

-€

-tt 0 0

ll -l -l

r*

^tJ

e

tJ

-r* -tJ -e -lJ 0 -l 0l E 8Cr

^3Cz

65.

6oa

(R,, R', R.) (x, y, z)

(&'

rt"

^R')

(x, y, z)

E,

e

0 0

Ar Az E Tt tz

ll ll

30 2-l

30

ll -l -l

00 I -l -l

^I

(R,, _{Ry, R,)} (x, y, z)

E 6C.

3Cz(=Cl)

8Cr

6Cz

x2+y2+22

(/z -

^x2

-

^y2,^x2

-

^y2)

(ry, xz, yz)

(R,, R', RJ, ^(-r,y, z)

> Octahedral Groups

Ar Az E ll

Tz

lr: I I -l

2-t

⁰

3 0 -l 3 0'l

ltl I I -t

2-t

⁰

3 0 -r 301

Atr Azr F tt ll

12,

An

Aztt

E.

tt, l?'

ll I -l 20 3l 3 -l

I I ')

-l -l

I I

-l

0 0

rz+y2+22.

(2:' - x' - y', r' -

^y=)

(xa, xz, yz)

x2

i.

^y2

.l

_z2

(L' - x' -

^y|,

x' - l')

(tz, yz, xy)

E ECI

6CZ

6C'

^3CZGCI)

65.

8Sc

3or

^fua

t'

-t

0 I

-t

I

-t

0

I

-t

lilt I -l I

^I

z 0 -r

²

3 r 0 -r

3 -l 0 -r -l -t -t -l -t I -l -l -20t-2 -3 -t 0

^I

-3 l0r

I

-l

0

-t

I I

-t

I 0 I

-t

(17)

(KTE ₂₁₁₎

-77-

Pemalar Asas

dalam Kimie Fizik

NA F

e

mc

Rp

h

R

g

I

atm

23ug_

F

Berat

Atom

yang Berguna

Nombor Avogadro Pemaiar Faraday

Cas elektron ^,

Jisim _elektron

Jisim proton

Pemalar Planck

Halaju cahaya

Pemalar Boltzrnann

C= 12.0 I =

Cl : 35.5 Ag

=

'K = 39.1 N

=

S =32.0 P

=

Cs = 132.9 Te

=

6.022x

1023 mol'r 96,500 C

mol'r,

atau coulomb per mol, eleknon 4.80

x

l0'ro esu

1.60

x l0-le

C atau coulomb

9.llxl0-2tg 9.ll x t0-3tfg

1.67

x ro ]]e

1.67

x l0-"

kg 6.626

x l0t7

erg s

6.626x l0''"Js

3.0

x l0lo

cm s'l 3.0

x

lOtm s-l

8.314

x

107 ere

K-l

mol-l 8.314 J

K-t ,r,J-t

0.082 / atm K-r

mol'l

1.987 cal K-r mol'r

1.380

x

l0'16 ere

K-t

molekul-t 1.380

x

l0'23 J

i-r

^molekul-'

981 cm s-2

9.81 m s-2 76 cmHg

1.013

x i0''

dyne cm'2 101,325

N m-'

0.0591

V,

atau volt, pada 25 ^oC' Pemalar gas

(

As Xe F

Mg H

Br

Na

o

Sn

='

^1.0

=

^79.9

=

^23.0

=

^16.0

= I 18.7

126.9 t47.9 14.0 31.0

L28.O

Fe =

^55.8

Pb:207.0

Cu:

^63.5

Ca

=

^40.1

=

^74.9

: rJr.l

=

^19.0

:

_24.0