소개글
"컨쥬게이션 염료 흡수 스펙트럼 분석"에 대한 내용입니다.
목차
1. 컨쥬게이션 염료의 흡수 스펙트럼
1.1. 실험 목적
1.2. 실험 원리
1.2.1. 분자궤도함수(Molecular orbital, MO)
1.2.2. Kuhn의 자유전자모델
1.2.3. 컨쥬게이션(Conjugation)
1.2.4. π → π* 전이
1.2.5. 컨쥬게이션 결합 길이에 따른 π→π* 전이
1.2.6. 자유 전자 모델
1.2.7. Pauli의 배타원리
1.2.8. 비편재화
1.2.9. 폴리메타인 염료(Polymethine dye)
1.3. 시약 조사
1.4. 실험 방법
2. 참고 문헌
본문내용
1. 컨쥬게이션 염료의 흡수 스펙트럼
1.1. 실험 목적
이 실험의 목적은 가시광선 분광기의 기본원리 및 사용법을 익히고, 컨쥬게이션의 특징을 이해하며, 자유전자모델(FEMO)과 전자 전이에 대한 지식을 이해하는 것이다.
분광법은 원래 파장에 따른 빛과 물질 간의 상호작용을 연구하는 학문을 의미하지만, 이후 이 개념이 확장되어 파장 혹은 주파수에 따른 어떤 양을 측정하는 것을 뜻하게 되었다. 따라서 분광법이란 물질에서 방출되거나 물질이 흡수하는 빛의 스펙트럼을 이용하여 물질을 구분해내는 방법이다. 이러한 원리는 물질의 에너지가 특정 에너지 준위를 갖는다는 가설에서 출발한다.
가시광선 영역에서의 흡수 스펙트럼은 분자의 바닥 상태에서 들뜬 상태로의 전이에 해당되며, 해당 에너지는 170~300kJ/mol 범위에 있다. 많은 물질들은 가장 낮게 들뜬 상태가 300kJ/mol 이상이므로 가시광선 영역에서의 흡수 스펙트럼이 잘 관찰되지 않는다.
그러나 컨쥬게이션을 갖는 분자, 즉 3개 이상의 원자에 걸쳐 p오비탈이 중첩된 공액 분자들의 경우, 비편재화된 π전자가 자유전자모델을 이루어 가시광선 영역에서 흡수 스펙트럼이 관찰된다. 이는 π→π* 전이로 인한 것으로, 컨쥬게이션 정도가 증가할수록 HOMO와 LUMO 사이의 에너지 차이가 감소하여 장파장 쪽으로 적색 이동(red shift)이 일어나기 때문이다.
이번 실험에서는 컨쥬게이션 염료들의 가시광선 흡수 스펙트럼을 측정하고, 자유전자모델을 적용하여 그 결과를 해석함으로써 컨쥬게이션과 전자 전이의 특성을 이해하고자 한다.
1.2. 실험 원리
1.2.1. 분자궤도함수(Molecular orbital, MO)
분자궤도함수(Molecular orbital, MO)란 2개 이상의 원자궤도함수의 결합 또는 상호작용에 의해 생성되는 함수이다. 이때 관련된 전자는 분자 전체에 분포하게 되며, 전자의 위치는 확률적으로만 결정된다. 이러한 확률은 파동함수의 제곱으로 나타낼 수 있다.
원자궤도함수가 서로 비슷한 에너지 준위를 갖고 있을 때, 궤도함수의 혼합이 가장 잘 일어난다. 이에 따라 HOMO(highest occupied molecular orbital)와 LUMO(lowest unoccupied molecular orbital)가 존재하게 된다. HOMO는 분자의 바닥상태에서 가장 높은 에너지 준위의 점유된 분자 오비탈이며, LUMO는 가장 낮은 에너지 준위의 비 점유 분자 오비탈이다.
HOMO에 존재하는 전자는 분자가 가지고 있는 전자 중에서 가장 약하게 결합해 있기 때문에, 화학반응 과정에서 다른 분자로 옮겨가기 쉽다. 따라서 HOMO 전자는 화학반응에서 친핵성(nucleophilic) 특성을 보인다. 반면에 LUMO는 전자를 받아들이는 분자 오비탈의 역할을 하므로, 친전자성(electrophilic) 특성을 나타낸다.
분자 내에서 HOMO와 LUMO 사이의 에너지 차이는 화합물의 반응성과 광학적 ...
참고 자료
wikipedia, “전자궤도함수”, “훈트규칙”, ”파울리 배타원리”, “자유전자모델”,
https://ko.wikipedia.org/wiki/%EC%96%B4%EB%8A%94%EC%A0%90_%EB%82%B4%EB%A6%BC, (2020.11.27)
MSDS, “1,1’-diethyl-4,4’-cyanine iodide”, “1,1’-diethyl-2,2’-cyanine iodide”,
https://msds.kosha.or.kr/kcic/msdssearchMsds.do, (2020.11.27)
김성규, 『물리화학실험』, 대한화학회, 청문각, p118~121
물리화학실험, 청문각, 대한화학회, p.118-122
Wikipedia, conjugation
Wikipedia, polymethine dye
Wikipedia, HOMO LUMO
네이버, 파울리 배타원리, http://naver.me/F6m1g56K
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