Elektroniske spektre og Franck-Condon-prinsippet
Elektroniske overganger i molekyler produserer båndsystemer i det synlige og ultrafiolette området hvis vibrasjonsstruktur styres av Franck-Condon-prinsippet.
Definition
Elektroniske spektre er båndsystemene som produseres når et molekyl endrer elektronisk tilstand, typisk i det synlige eller ultrafiolette; Franck-Condon-prinsippet sier at fordi elektroniske overganger er raske sammenlignet med kjernebevegelse, skjer de vertikalt på potensialenergi-diagrammet og favoriserer endelige vibrasjonsnivåer hvis bølgefunksjoner best overlapper den initiale.
Scope
Dette emnet dekker molekylær elektronisk spektroskopi: overganger mellom elektroniske tilstander ledsaget av endringer i vibrasjons- og rotasjonskvantetall, de resulterende vibroniske båndsystemene, og Franck-Condon-prinsippet som forutsier hvilke vibrasjonskomponenter som er mest intense. Det behandler absorpsjon og emisjon (fluorescens og fosforescens), rollen til potensialenergioverflatens geometri, og hvordan elektroniske spektre avslører eksitert-tilstand-struktur.
Core questions
- Hvorfor fremstår molekylære elektroniske overganger som bånd snarere enn enkeltlinjer?
- Hva sier Franck-Condon-prinsippet om overgangsintensiteter?
- Hvordan former geometriendringen mellom elektroniske tilstander båndkonvolutten?
- Hvordan skiller absorpsjon, fluorescens og fosforescens seg fra hverandre?
Key concepts
- Vibroniske overganger
- Båndsystemer og progresjoner
- Franck-Condon-prinsippet og faktorer
- Vertikale overganger
- Fluorescens og fosforescens
- Eksitert-tilstand-geometri
Key theories
- Vibronisk båndstruktur
- En elektronisk overgang ledsages av endringer i vibrasjons- og rotasjonskvantetall, så en enkelt elektronisk overgang fremstår som et system av bånd, der hvert bånd er en vibrasjonskomponent som bærer rotasjonsfinstruktur.
- Franck-Condon-prinsippet
- Fordi elektroner omorganiseres mye raskere enn kjerner beveger seg, er overgangene vertikale og intensiteten til hver vibrasjonskomponent er proporsjonal med det kvadrerte overlappet (Franck-Condon-faktor) av de initiale og endelige vibrasjonsbølgefunksjonene.
Clinical relevance
Elektroniske spektre og Franck-Condon-analyse ligger til grunn for ultrafiolett-synlig spektroskopi og fluorescens som brukes i hele kjemi og biologi, inkludert fluorescerende merking og avbildning, karakterisering av fargestoffer og fotovoltaiske materialer, og fjernidentifisering av elektronisk eksiterte arter i flammer og den øvre atmosfæren.
History
Franck foreslo i 1925 at kjerner forblir i hovedsak fiksert under en elektronisk overgang, og Condon ga ideen kvantitativ kvantemekanisk form i 1926–1928 gjennom overlappintegraler som nå kalles Franck-Condon-faktorer. Prinsippet ble sentralt for tolkningen av molekylære båndspektre og eksitert-tilstand-dynamikk.
Key figures
- James Franck
- Edward Condon
- Gerhard Herzberg
Related topics
Seminal works
- condon1928
- herzberg1950
Frequently asked questions
- Hvorfor tegnes elektroniske overganger som vertikale linjer?
- På et potensialenergi-diagram med kjerneavstand på den horisontale aksen, sier Franck-Condon-prinsippet at kjerner knapt beveger seg under den raske elektroniske overgangen, så overgangen representeres av en vertikal linje ved den initiale kjernegeometrien.
- Hva er en Franck-Condon-faktor?
- Det er kvadratet av overlappintegralet mellom vibrasjonsbølgefunksjonene til de initiale og endelige elektroniske tilstandene. Disse faktorene bestemmer de relative intensitetene til vibrasjonskomponentene innenfor et elektronisk båndsystem.