Ultrafialovo-viditelná spektroskopie

Různé molekuly absorbují světlo o různých vlnových délkách a pokud daná molekula absorbuje světlo ve vlnových délkách UV nebo viditelného světla můžeme změřit vlnové délky pohlcené látkou pomocí UV/Vis spektrofotometru. Co vlastně dělá? Svítí světlem o různých vlnových délkách, obvykle od 200 nm až po 800 nm. Tímto světlem osvětlíme vzorek dané látky a získáme absorpční spektrum Toto je absorpční spektrum této látky, 1,3-butadienu. Tady vidíme, že molekula nejsilněji absorbuje zde a když se na to podíváme, zjistíme, kde nejsilněji absorbuje světlo. A to těsně pod 220 nm. Přesněji řečeno 217 nm. Této hodnotě říkáme lambda max. Vlnová délka absorpce této látky je asi 217 nm. Je to v UV oblasti, takže butadien nemá žádnou barvu, je bezbarvý. Když se na jeho strukturu podíváme blíže, vidíme čtyři uhlíky, každý v sp2 hybridizaci. To znamená, že každý z nich má p orbital. Takže tu máme čtyři p orbitaly nebo čtyři atomové orbitaly. A když si vezmeme teorii molekulových orbitalů (MOLCAO) čtyři atomové orbitaly složí čtyři molekulové. Dva vazebné molekulové orbitaly a dva antivazebné molekulové orbitaly. Tady na kraji se podíváme na ty molekulové orbitaly. Začneme zleva. Vazebné molekulové orbitaly mají nižší energii než ty antivazebné. Takže tento a tento orbital jsou vazebné a tyto dva jsou antivazebné molekulové orbitaly. Vidíte tu energii? Energie tímto směrem roste a antivazebné orbitaly mají vyšší energii. Když se vrátíme ke struktuře butadienu kolik máme pí elektronů? Tady máme dva a tady máme taky dva. Takže celkem čtyři pí elektrony. Když přemýšlíte o molekulových orbitalech, můžete myslet na konfiguraci elektronů. Máme čtyři elektrony, kam je můžeme dát? Dáme je nejdřív do orbitalů s nejnižší energií. A budeme párovat spiny. Máme čtyři elektrony, dva dáme do tohoto vazebného orbitalu a spárujeme spiny. A druhé dva jdou do tohoto vazebného molekulového orbitalu. Takže všechny čtyři pí elektrony jsou ve vazebných molekulových orbitalech, pokud mluvíme o základním stavu. To je základní stav butadienu. Když na něj posvítíme butadien absorbuje energii ze světla. Podívejme se na ten rozdíl. Energie orbitalů se změnila a hlavně, je rozdíl mezi těmito dvěma orbitaly, které teď mají jinou energii. Tento orbital, ve kterém jsou elektrony, je najednou výš, než tento orbital. Takže je to nejvyšší obsazený molekulový orbital, neboli HOMO. Tento orbital je neobsazený elektrony. Tento antivazebný molekulový orbital je neobsazený a má nižší energii než tento antivazebný orbital. Je nejnižší neobsazený molekulový orbital (LUMO). Když mluvíme o molekulách, které absorbují energii, mluvíme o HOMO, nejvyšším obsazeném molekulovém orbitalu a LUMO, nejnižším neobsazeném molekulovém orbitalu A to, co nás teď zajímá, je jejich energetický rozdíl Molekula absorbuje energii a pí elektrony dostanou energii ze světla a dostanou se na vyšší energetickou hladinu. Napíšu to sem. Teď už mluvíme o excitovaném stavu, kdy molekulu ozařujeme světlem. Toto je excitovaný stav butadienu. A tyto dva pí elektrony zůstanou zde. Jeden z těch dvou pí elektronů tu zůstane a druhý absorbuje energii ze světla a dostane se na vyšší energetickou hladinu. Takže teto elektron se dostal na vyšší energetickou hladinu. Jde z HOMO do LUMO ale k tomu potřebuje získat velmi přesné množství energie. Musí absorbovat přesně tolik energie, kolik potřebuje na ten přechod. Víme, že tu energii získá ze světla. A víme, jaká je energie fotonu. Je rovna h, Planckově konstantě, krát frekvence světla, tu ještě neznáme. Tady v absorpčním spektru máme vše ve vlnových délkách, takže si na ně energii přepočítáme. Víme, že frekvence světla a vlnová délka světla jsou spolu provázány přes rychlost světla, což je vlnová dálka krát frekvence.