Spectre electronice și principiul Franck-Condon

Tranzițiile electronice în molecule produc sisteme de benzi în vizibil și ultraviolet, a căror structură vibrațională este guvernată de principiul Franck-Condon.

Definition

Spectrele electronice sunt sistemele de benzi produse atunci când o moleculă își schimbă starea electronică, de obicei în vizibil sau ultraviolet; principiul Franck-Condon afirmă că, deoarece tranzițiile electronice sunt rapide în comparație cu mișcarea nucleară, ele apar vertical pe diagrama de energie potențială și favorizează nivelurile vibraționale finale ale căror funcții de undă se suprapun cel mai bine cu cea inițială.

Scope

Acest subiect acoperă spectroscopia electronică moleculară: tranzițiile între stări electronice însoțite de modificări ale numerelor cuantice vibraționale și rotaționale, sistemele de benzi vibronice rezultate și principiul Franck-Condon care prezice care componente vibraționale sunt cele mai intense. Tratează absorbția și emisia (fluorescența și fosforescența), rolul geometriei suprafeței de energie potențială și modul în care spectrele electronice dezvăluie structura stării excitate.

Core questions

• De ce tranzițiile electronice moleculare apar ca benzi, mai degrabă decât ca linii singulare?
• Ce spune principiul Franck-Condon despre intensitățile tranzițiilor?
• Cum influențează modificarea geometriei între stările electronice anvelopa benzii?
• Cum diferă absorbția, fluorescența și fosforescența?

Key concepts

• Tranziții vibronice
• Sisteme de benzi și progresii
• Principiul și factorii Franck-Condon
• Tranziții verticale
• Fluorescență și fosforescență
• Geometria stării excitate

Key theories

Structura benzilor vibronice

O tranziție electronică este însoțită de modificări ale numerelor cuantice vibraționale și rotaționale, astfel încât o singură tranziție electronică apare ca un sistem de benzi, fiecare bandă fiind o componentă vibrațională care prezintă o structură fină rotațională.

Principiul Franck-Condon

Deoarece electronii se rearanjează mult mai rapid decât se mișcă nucleele, tranzițiile sunt verticale, iar intensitatea fiecărei componente vibraționale este proporțională cu pătratul suprapunerii (factorul Franck-Condon) funcțiilor de undă vibraționale inițiale și finale.

Clinical relevance

Spectrele electronice și analiza Franck-Condon stau la baza spectroscopiei ultraviolet-vizibile și a fluorescenței utilizate în chimie și biologie, inclusiv etichetarea și imagistica fluorescentă, caracterizarea coloranților și a materialelor fotovoltaice, precum și identificarea la distanță a speciilor excitate electronic în flăcări și în atmosfera superioară.

History

Franck a propus în 1925 că nucleele rămân esențial fixe în timpul unei tranziții electronice, iar Condon a dat ideii o formă cuantică-mecanică cantitativă în 1926–1928 prin integralele de suprapunere numite acum factori Franck-Condon. Principiul a devenit central în interpretarea spectrelor de benzi moleculare și a dinamicii stărilor excitate.

Key figures

• James Franck
• Edward Condon
• Gerhard Herzberg

Seminal works

• condon1928
• herzberg1950

Frequently asked questions

De ce sunt tranzițiile electronice reprezentate ca linii verticale?

Pe o diagramă de energie potențială cu separarea nucleară pe axa orizontală, principiul Franck-Condon spune că nucleele se mișcă abia în timpul tranziției electronice rapide, astfel încât tranziția este reprezentată printr-o linie verticală la geometria nucleară inițială.

Ce este un factor Franck-Condon?

Este pătratul integralei de suprapunere dintre funcțiile de undă vibraționale ale stărilor electronice inițiale și finale. Acești factori determină intensitățile relative ale componentelor vibraționale în cadrul unui sistem de benzi electronice.