Elektronické spektrá a Franckov-Condonov princíp

Elektronické prechody v molekulách vytvárajú pásmové systémy vo viditeľnej a ultrafialovej oblasti, ktorých vibračná štruktúra sa riadi Franckovým-Condonovým princípom.

Definition

Elektrónové spektrá sú pásmové systémy, ktoré vznikajú, keď molekula mení elektrónový stav, typicky vo viditeľnej alebo ultrafialovej oblasti; Franckov-Condonov princíp hovorí, že keďže elektrónové prechody sú rýchle v porovnaní s pohybom jadier, prebiehajú vertikálne na diagrame potenciálnej energie a uprednostňujú konečné vibračné úrovne, ktorých vlnové funkcie sa najlepšie prekrývajú s počiatočnou.

Scope

Táto téma sa zaoberá molekulovou elektrónovou spektroskopiou: prechodmi medzi elektrónovými stavmi sprevádzanými zmenami vibračných a rotačných kvantových čísel, výslednými vibronickými pásmovými systémami a Franckovým-Condonovým princípom, ktorý predpovedá, ktoré vibračné zložky sú najintenzívnejšie. Zaoberá sa absorpciou a emisiou (fluorescencia a fosforescencia), úlohou geometrie plochy potenciálnej energie a tým, ako elektrónové spektrá odhaľujú štruktúru excitovaného stavu.

Core questions

• Prečo sa molekulové elektrónové prechody javia ako pásy a nie ako jednotlivé čiary?
• Čo hovorí Franckov-Condonov princíp o intenzitách prechodov?
• Ako zmena geometrie medzi elektrónovými stavmi formuje obálku pásu?
• Ako sa líšia absorpcia, fluorescencia a fosforescencia?

Key concepts

• Vibronické prechody
• Pásmové systémy a progresie
• Franckov-Condonov princíp a faktory
• Vertikálne prechody
• Fluorescencia a fosforescencia
• Geometria excitovaného stavu

Key theories

Vibronická pásmová štruktúra

Elektrónový prechod je sprevádzaný zmenami vibračných a rotačných kvantových čísel, takže jeden elektrónový prechod sa javí ako systém pásov, pričom každý pás je vibračnou zložkou nesúcou rotačnú jemnú štruktúru.

Franckov-Condonov princíp

Pretože elektróny sa preskupujú oveľa rýchlejšie, ako sa pohybujú jadrá, prechody sú vertikálne a intenzita každej vibračnej zložky je úmerná druhej mocnine prekrytia (Franckov-Condonov faktor) počiatočných a konečných vibračných vlnových funkcií.

Clinical relevance

Elektrónové spektrá a Franckova-Condonova analýza sú základom ultrafialovo-viditeľnej spektroskopie a fluorescencie používaných v celej chémii a biológii, vrátane fluorescenčného značenia a zobrazovania, charakterizácie farbív a fotovoltaických materiálov a diaľkovej identifikácie elektrónovo excitovaných druhov v plameňoch a hornej atmosfére.

History

Franck navrhol v roku 1925, že jadrá zostávajú v podstate fixované počas elektrónového prechodu, a Condon dal tejto myšlienke kvantitatívnu kvantovo-mechanickú formu v rokoch 1926–1928 prostredníctvom integrálov prekrytia, ktoré sa dnes nazývajú Franckove-Condonove faktory. Princíp sa stal ústredným pre interpretáciu molekulových pásmových spektier a dynamiky excitovaného stavu.

Key figures

• James Franck
• Edward Condon
• Gerhard Herzberg

Seminal works

• condon1928
• herzberg1950

Frequently asked questions

Prečo sú elektrónové prechody kreslené ako vertikálne čiary?

Na diagrame potenciálnej energie s jadrovou vzdialenosťou na horizontálnej osi Franckov-Condonov princíp hovorí, že jadrá sa počas rýchleho elektrónového prechodu sotva pohybujú, takže prechod je reprezentovaný vertikálnou čiarou pri počiatočnej jadrovej geometrii.

Čo je Franckov-Condonov faktor?

Je to druhá mocnina integrálu prekrytia medzi vibračnými vlnovými funkciami počiatočného a konečného elektrónového stavu. Tieto faktory určujú relatívne intenzity vibračných zložiek v rámci elektrónového pásmového systému.