ספקטרה אלקטרוניים ועקרון פרנק-קונדון
מעברים אלקטרוניים במולקולות יוצרים מערכות פסים באור הנראה ובתת-סגול, שמבנן הוויברציוני נשלט על ידי עקרון פרנק-קונדון.
Definition
ספקטרה אלקטרוניים הם מערכות הפסים הנוצרות כאשר מולקולה משנה מצב אלקטרוני, בדרך כלל באור הנראה או בתת-סגול; עקרון פרנק-קונדון קובע שמכיוון שמעברים אלקטרוניים מהירים בהשוואה לתנועה גרעינית, הם מתרחשים אנכית על דיאגרמת האנרגיה הפוטנציאלית ומעדיפים רמות ויברציוניות סופיות שפונקציות הגל שלהן חופפות בצורה הטובה ביותר את פונקציית הגל ההתחלתית.
Scope
נושא זה עוסק בספקטרוסקופיה אלקטרונית מולקולרית: מעברים בין מצבים אלקטרוניים המלווים בשינויים במספרים הקוונטיים הוויברציוניים והסיבוביים, מערכות הפסים הוויברוניות הנוצרות, ועקרון פרנק-קונדון המנבא אילו רכיבים ויברציוניים יהיו בעלי העוצמה הגבוהה ביותר. הוא דן בבליעה ופליטה (פלואורסצנציה ופוספורסצנציה), בתפקיד הגאומטריה של משטח האנרגיה הפוטנציאלית, ובאופן שבו ספקטרה אלקטרוניים חושפים את מבנה המצב המעורר.
Core questions
- מדוע מעברים אלקטרוניים מולקולריים מופיעים כפסים ולא כקווים בודדים?
- מה קובע עקרון פרנק-קונדון לגבי עוצמות מעבר?
- כיצד שינוי הגאומטריה בין מצבים אלקטרוניים מעצב את מעטפת הפס?
- כיצד נבדלים בליעה, פלואורסצנציה ופוספורסצנציה?
Key concepts
- מעברים ויברוניים
- מערכות פסים ופרוגרסיות
- עקרון וגורמי פרנק-קונדון
- מעברים אנכיים
- פלואורסצנציה ופוספורסצנציה
- גאומטריית מצב מעורר
Key theories
- מבנה פס ויברוני
- מעבר אלקטרוני מלווה בשינויים במספרים הקוונטיים הוויברציוניים והסיבוביים, ולכן מעבר אלקטרוני יחיד מופיע כמערכת של פסים, כאשר כל פס הוא רכיב ויברציוני הנושא מבנה עדין סיבובי.
- עקרון פרנק-קונדון
- מכיוון שאלקטרונים מסתדרים מחדש מהר יותר באופן משמעותי מתנועת גרעינים, מעברים הם אנכיים ועוצמתו של כל רכיב ויברציוני פרופורציונלית לריבוע החפיפה (גורם פרנק-קונדון) של פונקציות הגל הוויברציוניות ההתחלתית והסופית.
Clinical relevance
ספקטרה אלקטרוניים וניתוח פרנק-קונדון עומדים בבסיס ספקטרוסקופיית אולטרה-סגול-נראה ופלואורסצנציה המשמשות בכל תחומי הכימיה והביולוגיה, כולל סימון והדמיה פלואורסצנטיים, אפיון צבענים וחומרים פוטו-וולטאיים, וזיהוי מרחוק של מינים מעוררים אלקטרונית בלהבות ובאטמוספירה העליונה.
History
פרנק הציע בשנת 1925 שגרעינים נשארים קבועים באופן מהותי במהלך מעבר אלקטרוני, וקונדון נתן לרעיון צורה קוונטית-מכנית כמותית בשנים 1926–1928 באמצעות אינטגרלי החפיפה הנקראים כיום גורמי פרנק-קונדון. העיקרון הפך מרכזי בפרשנות ספקטרה של פסים מולקולריים ודינמיקת מצבים מעוררים.
Key figures
- James Franck
- Edward Condon
- Gerhard Herzberg
Related topics
Seminal works
- condon1928
- herzberg1950
Frequently asked questions
- מדוע מעברים אלקטרוניים מצוירים כקווים אנכיים?
- על דיאגרמת אנרגיה פוטנציאלית עם הפרדה גרעינית על הציר האופקי, עקרון פרנק-קונדון קובע שגרעינים כמעט אינם נעים במהלך המעבר האלקטרוני המהיר, ולכן המעבר מיוצג על ידי קו אנכי בגאומטריה הגרעינית ההתחלתית.
- מהו גורם פרנק-קונדון?
- זהו ריבוע אינטגרל החפיפה בין פונקציות הגל הוויברציוניות של המצבים האלקטרוניים ההתחלתי והסופי. גורמים אלה קובעים את העוצמות היחסיות של הרכיבים הוויברציוניים בתוך מערכת פסים אלקטרונית.