Luku 14: Elektronispektroskopia. 2-atomiset molekyylit moniatomiset molekyylit Fluoresenssi ja fosforesenssi



Samankaltaiset tiedostot
Luku 13: Elektronispektroskopia. 2-atomiset molekyylit moniatomiset molekyylit Fluoresenssi ja fosforesenssi

Nyt n = 1. Tästä ratkaistaan kuopan leveys L ja saadaan sijoittamalla elektronin massa ja vakiot

Kvantittuminen. E = hf f on säteilyn taajuus h on Planckin vakio h = 6, Js = 4, evs. Planckin kvanttihypoteesi

Luku 9: Atomien rakenne ja spektrit. v=bmivwz-7gmu v=dvrzdcnsiyw

Kemian syventävät kurssit

766334A Ydin- ja hiukkasfysiikka

3.1 Varhaiset atomimallit (1/3)

Luku 10: Atomien rakenne ja spektrit. Vedyn kaltaiset atomit Atomiorbitaalit Spektrisiirtymät Monielektroniset atomit

11. MOLEKYYLIT. Kvanttimekaniikka on käyttökelpoinen molekyyleille, jos se pystyy selittämään atomien välisten sidosten syntymisen.

8. MONIELEKTRONISET ATOMIT

Demo: Kahden elektronin spintilojen muodostaminen

Molekyylit. Atomien välisten sidosten muodostuminen

Fysikaalinen kemia II

Molekyylit. Helsinki University of Technology, Laboratory of Computational Engineering, Micro- and Nanosciences Laboratory. Atomien väliset sidokset

766326A Atomifysiikka 1 - Syksy 2013

Luento 1: Sisältö. Vyörakenteen muodostuminen Molekyyliorbitaalien muodostuminen Atomiketju Energia-aukko

Hiilen ja vedyn reaktioita (1)

pääkiertoakseli #$%%ä 2C 2 C 2!"

Fysiikka 8. Aine ja säteily

Voima ja potentiaalienergia II Energian kvantittuminen

Aikaerotteinen spektroskopia valokemian tutkimuksessa

5.1 Johdanto Helium-atomi Keskeiskenttämalli Paulin kieltosääntö Atomien elektronirakenne 208

TURUN AMMATTIKORKEAKOULU TYÖOHJE 1 TEKNIIKKA FYSIIKAN LABORATORIO V

MOLEKYYLIFYSIIKAN OPETUKSESTA SEKÄ KEMIALLISEN SIDOKSEN VAIKUTUKSESTA MOLEKYYLIEN AUGER-ELEKTRONISPEKTREIHIN

S Mittaustekniikan erikoistyö. Fluoresoivat materiaalit ja fluoresenssimittaussovellukset

Atomin ydin. Z = varausluku (järjestysluku) = protonien määrä N = neutroniluku A = massaluku (nukleoniluku) A = Z + N

Molekyylit. Helsinki University of Technology, Laboratory of Computational Engineering. Atomien väliset sidokset

FRANCKIN JA HERTZIN KOE

LIISA-ionilähteen vetyplasman VUV-spektrin ja H -ionisuihkun intensiteetin korrelaatio

PHYS-C0240 Materiaalifysiikka kevät 2017

Luku 15: Magneettinen resonanssi

766334A Ydin- ja hiukkasfysiikka

S Fysiikka III (EST) Tentti ja välikoeuusinta

Säteily ja suojautuminen Joel Nikkola

Infrapunaspektroskopia

Linssin kuvausyhtälö (ns. ohuen linssin approksimaatio):

Atomien rakenteesta. Tapio Hansson

Cis trans isomeria. Pohdintaa: Kummalla 1,2 dikloorieteenin isomeerillä on korkeampi kiehumispiste? kp = 60,2 o C. kp = 48,5 o C

(Huom! Oikeita vastauksia voi olla useita ja oikeasta vastauksesta saa yhden pisteen)

2. Fotonit, elektronit ja atomit

KEMIAN MIKROMAAILMA, KE2 Kvanttimekaaninen atomimalli

a) Jos törmäysten määrä sekunnissa on f = s 1 ja jokainen törmäys deaktivoi virityksen, niin viritystilan keskimääräinen elinikä on

8. MONIELEKTRONISET ATOMIT

1240eV nm. 410nm. Kun kappaleet saatetaan kontaktiin jännite-ero on yhtä suuri kuin työfunktioiden erotus ΔV =

Luku 13: Molekyylispektroskopia 1 rotaatio- ja värähdysspektroskopia

Atomin elektronikonfiguraatiot (1)

Kvanttifysiikan perusteet 2017

Luku 11: Molekyylien rakenne. Valenssisidosteoria Kaksiatomiset ja moniatomiset molekyylit Molekyyliorbitaaliteoria H

5.10. HIUKKANEN POTENTIAALIKUOPASSA

Kvanttisointi Aiheet:

Jakso 8: Monielektroniset atomit

Luku 10: Molekyylien rakenne. Valenssisidosteoria Kaksiatomiset ja moniatomiset molekyylit Molekyyliorbitaaliteoria H

763306A JOHDATUS SUHTEELLISUUSTEORIAAN 2 Ratkaisut 4 Kevät 2017

Aineen ja valon vuorovaikutukset

, m s ) täytetään alimmasta energiatilasta alkaen. Alkuaineet joiden uloimmalla elektronikuorella on samat kvanttiluvut n,

TURUN AMMATTIKORKEAKOULU TYÖOHJE 1/7 TIETOTEKNIIKKA / SALO FYSIIKAN LABORATORIO V

Fysiikan ja kemian perusteet ja pedagogiikka Kari Sormunen Kevät 2012

Valo ja muu sähkömagneettinen säteily

MIKKELIN LUKIO SPEKTROMETRIA. NOT-tiedekoulu La Palma

Valo ja muu sähkömagneettinen säteily

Hiukkasfysiikan luento Pentti Korpi. Lapuan matemaattisluonnontieteellinen seura

Luento Atomin rakenne

Jukka Tulkki 8. Laskuharjoitus (ratkaisut) Palautus torstaihin 3.4 klo 12:00 mennessä. x 2

MUUTOKSET ELEKTRONI- RAKENTEESSA

Potentiaalikuopalla tarkoitetaan tilannetta, jossa potentiaalienergia U(x) on muotoa

7. Atomien rakenne ja spektrit

PHYS-C0220 TERMODYNAMIIKKA JA STATISTINEN FYSIIKKA

1.1 ATOMIN DISKREETIT ENERGIATILAT

Luento5 8. Atomifysiikka

Käytetään nykyaikaista kvanttimekaanista atomimallia, Bohrin vetyatomi toimii samoin.

ULKOELEKTRONIRAKENNE JA METALLILUONNE

Lisävaatimuksia aaltofunktiolle

ψ(x) = A cos(kx) + B sin(kx). (2) k = nπ a. (3) E = n 2 π2 2 2ma 2 n2 E 0. (4)

HANNELE TYKKÄ UV-KOVETTUVAN TARRALIIMAN KOVETTUMISASTEEN VAIKU- TUS LIIMAN OMINAISUUKSIIN

Kiinteiden materiaalien magneettiset ominaisuudet

Shrödingerin yhtälön johto

Kiteinen aine. Kide on suuresta atomijoukosta muodostunut säännöllinen ja stabiili, atomiseen skaalaan nähden erittäin suuri, rakenne.

Laskennalinen kemia. Menetelmien hierarkia: Molekyyligeometria Molekyylimekaniikka Molekyylidynamiikka

12. Eristeet Vapaa atomi. Muodostuva sähköinen dipolimomentti on p =! " 0 E loc (12.4)

Luku 2: Atomisidokset ja ominaisuudet

Z 1 = Np i. 2. Sähkömagneettisen kentän värähdysliikkeen energia on samaa muotoa kuin molekyylin värähdysliikkeen energia, p 2

MIKSI ERI AINEET NÄYTTÄVÄT TIETYN VÄRISILTÄ? ELINTARVIKEVÄRIEN NÄKYVÄN AALLONPITUUDEN SPEKTRI

elektroni = -varautunut tosi pieni hiukkanen nukleoni = protoni/neutroni

MIKSI ERI AINEET NÄYTTÄVÄT TIETYN VÄRISILTÄ? ELINTARVIKEVÄRIEN NÄKYVÄN AALLONPITUUDEN SPEKTRI

n=5 n=4 M-sarja n=3 L-sarja n=2 Lisäys: K-sarjan hienorakenne K-sarja n=1

S Fysiikka III (Est), 2 VK Malliratkaisut (Arvosteluperusteita täydennetään vielä)

Luku 12: Molekyylispektroskopia 1 rotaatio- ja värähdysspektroskopia

1.1 Magneettinen vuorovaikutus

c λ n m hf n m E m = h = E n 1. Teoria 1.1. Atomin energiatilat ja säteily

Aurinko. Tähtitieteen peruskurssi

MOLEKYYLIT Johdanto Vetymolekyyli-ioni Kaksiatomiset molekyylit...239

d) Klooria valmistetaan hapettamalla vetykloridia kaliumpermanganaatilla. (Syntyy Mn 2+ -ioneja)

SÄHKÖMAGNEETTINEN SÄTEILY JA SEN VUOROVAIKUTUS MATERIAN KANSSA

9. JAKSOLLINEN JÄRJESTELMÄ

Jaksollinen järjestelmä

KE Orgaaninen kemia 1

KEMA211 EPÄORGAANINEN KEMIA 1 (4 op)

KALLE TUOMI FLUORESENSSIELINAIKAMIKROSKOOPILLE SOVELTUVAT ph-herkät MERKKIAINEET

Monen elektronin atomit

REAKTIOT JA TASAPAINO, KE5 KERTAUSTA

Transkriptio:

Luku 14: Elektronispektroskopia 2-atomiset molekyylit moniatomiset molekyylit Fluoresenssi ja fosforesenssi 1

2-atomisen molekyylin elektronitilan termisymbolia muodostettaessa tärkeä ominaisuus on elektronien pyörimismäärän komponentti molekyylin sidosakselilla "h " = 0,1,2,... ",#,$,... tilat (vrt. S, P, D,...) "h koostuu yksittäisten elektronien pyörimismäärän komponenteista "h (vrt l ja L elektroneille atomeissa) Esim. σ orbitaalilla olevilla elektroneilla ei ole pyörimismäärää sidosaksellilla (λ=0) (vrt s-elektroni) Σ tila 2

π elektroneille λ = +1 tai -1 1 Pariton π elektroni Π-tila 2 Paritonta π elektronia eri π orbitaalilla (joko saman- tai vastakkaissuuntaisin spinnein) Σ tilat 2 paritonta π elektronia samalla π orbitaalille Δ tila 1 " tai 1 " 3 " 3

Kokonaispariteetti sadaan säännöistä: (suljettu kuori) g x g = g u x u = g u x g = u g ja u käyttäytyvät kuten luvut 1 ja -1 kertolaskussa 3 " g # (suljettu kuori) x (+) x (-) = (-) + tai - kertoo elektronikonfiguraation symmetriasta (symmetrinen + antisymmetrinen -) heijastuksessa tasosta, joka sisältää ytimet (yz-taso) 4

3 " u + tai 3 " u # 5

Valintasääntöjen pohjana on pyörimismäärien molekyylin akselin suuntaisten komponenttien säilyminen absorptio- ja emissioprosesseissa Kyseessä on elektronien liikkeeseen liittyvät pyörimismäärät valintasäännöt: "# = 0,±1 "S = 0 "$ = 0 "% = 0,±1 L = ratapyörimiseen liittyvä pyörimismäärä Λ= sen komponentti akselilla S = spinneistä aiheutuva pyörimismäärä Σ= sen komponentti akselilla Ω = Λ+Σ = kokonaispyörimismäärä akselilla Lisäksi symmetriaan liittyvät valintasäännöt: Σ -termeille sallittuja " + # " + ja " $ # " $ sentrosymmetrisille molekyyleille: u " g 6

Elektronispektroskopiassa absorption seurauksena elektroni siirtyy ylemmälle molekyyliorbitaalille. ydinten kokema elektronien muodostama potentiaali muuttuu voidaan kuvitella, että molekyyli siirtyy potentiaalipinnalta toiselle tässä esimerkissä viritystilaisen molekyylin tasapainosidospituus on pidempi kuin perustilassa Elektronin siirtyminen orbitaalilta toiselle fotonin absorption ansiosta on hyvin nopea prosessi Molekyyli mukautuu myöhemmin elektronisen viritystilan potentiaaliin ytimet eivät ennätä liikkua elektronin siirtymisen aikana Molekyyli hyppää vertikaalisesti perustilan potentiaalipinnalta viritystilan potentiaalipinnalle Franck-Condon periaate 7

Elektronisiin transitioihin liittyy muutoksia myös värähdytiloissa Tästä johtuu nimitys vibroninen transitio. Spektriä kutsutaan vibroniseksi tai elektroni-vibraatio spektriksi. Spektrin rakennetta kutsutaan vibroniseksi rakenteeksi v f tässä kuvassa on havainnollistettu yhtä siirtymää v i ja v f tilojen välillä v i Kutakin piikkiä vastaa siirtymä (kuten toisessa kuvassa). Alatiloja (v i ) on tyypillisesti vain yksi, ylätiloja (v f ) voi olla useita Yksittäisten transitioiden intensiteetit riippuvat perustilan ja viritystilan aaltofunktioiden keskenäisen peittointegraalin neliöstä S(v f,v i ) 2 tätä kutsutaan siirtymän Franck-Condon tekijäksi 8

Siirtymien suhteelliset F-C tekijät riippuvat siitä miten elektronisen perustilan ja viritystilan potentiaalit ovat sijoittuneet toisiinsa nähden 9

Moniatomisilla molekyyleillä elektroninen viritys lokalisoituu tiettyihin atomiryhmiin, joita kutsutaan kromoforeiksi (chromophore) Spektreissä on tyypillisesti leveitä absorptiovöitä, värillisissä yhdisteissä on absorptioita näkyvän valon aallonpituuksilla 10

Siirtymämetallikomplekseilla on voimakkaita absorptioita Ligandien (ligandikenttä) vaikutuksesta d-orbitaalien ympäristö ei ole isotrooppinen d-d siirtymä d-orbitaalien degeneraatio purkautuu ja niistä muodostuu kaksi energiatasoa 11

Metallikomplekseilla on myös voimakkaita metallin ja ligandin välisiä elektronisiirtymiä: LMCT = ligand to metal charge transfer transition MLCT = metal to ligand charge transfer transition "* # " MLCT LMCT 12

- + + - "* # " siirtymässä kaksoissidoksen elektroni siirtyy antibonding orbitaalille - - "*# n + + Karbonyyliryhmän (C=O) sitomaton elektroni siirtyy antibonding orbitaalille 13

Elektronisella viritystilalla on äärellinen elinikä ja viritys purkautuu fotonin emission kautta (säteilevä siirtymä) tai säteilyksettömästi siten, että elektroninen energia muuttuu värähtelyenergiaksi (lämmöksi) Säteilevät siirtymät: fluoresenssi ja fosforesenssi = hidas prosessi (kielletty siirtymä) = yleensä hyvin nopea prosessi (sallittu siirtymä) elektroninen viritystila S 1 vibraatiorelaksaatio sallittu S 1 " S 0 absorptio sallittu S 1 " S 0 emissio elektroninen perustila S 0 14

Fosforesenssissa viritys on kuten edellä, eli sallittu S 1 S 0 Virittyneen singletin S 1 ja alimman triplettitilan T 1 potentiaalipinnat risteävät vibraatiorelaksaation aikana molekyyli voi hypätä triplettitilalle. Tätä kutsutaan systeemien väliseksi siirtymäksi (intersystem crossing) Molekyyli siirtyy tripletitilan alimmalta värähtelytilalta säteilemällä elektroniseen perustilaan S 0. Tämä siirtymä on spinkielletty T 1 S 0 ja tästä johtuen hidas 15