化學原理啟迪376
Sergeyenia plays Bach Concerto
d-minor BWV1052 Ⅲ.
1. 分子的電子光譜提供，分子吸收能量後電子能階改變幅度的資訊；分子的電子吸收的光譜範圍是電磁光譜的紫外線區域或可見光區域。
圖說：物質處於氣相狀態下，儀器可偵測出分子的電子在振動基態的各種旋轉能階，與分子的電子轉移到激態的各種旋轉能階，過程產生的清晰光譜。如果物質溶解於溶液中將無法獲得清晰的光譜，因為溶質分子會與溶劑分子碰撞，這會干擾我們想要偵測的溶質分子的旋轉完整性。
2. 電子光譜數線上的每一個點指出，「分子吸收的電磁輻射的量」，與「被分子吸收的電磁輻射的波長」，光譜數線的波峰所在的電磁波波長，代表的是分子的電子，在能階之間的空隙轉移時，吸收的光子能量。
3.
以下二張圖，上圖為分子的電子在基態與激態的不同能階之間轉移的情形，下圖是將分子的電子在不同能階之間轉移的情形轉化為光譜圖。
分子的電子在不同能階之間的轉移造成分子振動能階的改變，這三種振動能階的改變分別是v＝0→v'＝0,
v＝0→v'＝1,
v＝0→v'＝2。
4.
在分子系統中經常發生電子在鍵結與反鍵結分子軌域之間移動的現象。
5. 徐弘毅注：為什麼分子系統中經常發生電子在鍵結與反鍵結分子軌域之間移動的現象？自然界的分子系統通常無法保持完全獨立的狀態，總是會受到周遭環境的影響。
周遭環境的光能、熱能等各種能量經常流進流出分子系統，當分子撞擊到其他分子也可能會吸收到其他分子的動能，分子也可能因為失去電子而改變系統能量。
這些進入分子系統內的能量影響裡面的原子，以及原子身上的價電子，造成鍵結原子的價電子們從原本低能量的軌域進入到高能量軌域，再回到低能量軌域，這樣反覆變化，以消化多吸收到的能量，這就是分子軌域的電子轉移。
組成分子的原子們彼此之間的價電子吸收能量會發生什麼事？原子的價電子吸收能量會往高能階軌域移動，這時電子會遠離原子核；當二原子之間的2個共價電子都往高能階軌域移動，極力遠離原子核，這股力量將推擠二個鍵結原子互相遠離，也就是說，這2個原子之間的化學鍵拉長了。
相反地，當二原子之間的共價電子回到低能階軌域，靠向原子核，有會使得二原子之間的化學鍵縮短。分子的化學鍵以固定的幅度時而變長，時而變短，有規律地伸縮，就造成分子的量化振動。（完）
6. 當分子系統內的電子在鍵結軌域與反鍵結軌域之間移動，電子在基態的位能曲線將與電子進入到激態的位能曲線有很大的不同，激態下鍵結軌域的電子數量較低。
7.
下圖描述的是NO+離子的電子從基態轉移到第一個激態的情形：
8. 分子的電子轉移的動力主要來自於吸收紫外線光譜，這是因為分子的電子在不同能階狀態之間的間隔能量等於紫外線光子的能量。
9. 不過，有些分子其電子各種能階狀態之間的間隔能量等於可見光的電磁輻射能，他們吸收可見光的能量激化電子；這類化合物包括含有過渡金屬離子的錯合物，以及帶有長條、含雙鍵的碳鍊的分子，例如胡蘿蔔素carotene。
10.分子結構中包含雙鍵的物質稱為共軛分子。分子各個不同的雙鍵，如果彼此十分接近，例如不同雙鍵之間只間隔1個單鍵，那麼，不同雙鍵的π系統會融為一體（共軛），π系統的電子能夠跨越不同化學鍵來回移動。
11.
共軛使得電子移動的距離拉長，原本只能在1個化學鍵的範圍，變成能夠跨越好幾個化學鍵的距離，這造成電子各個能階之間的能量間隔縮短。
12.
白光由彩虹各種顏色的光組成，如果某個分子只吸收特定顏色的光，這個分子就會呈現出特別的色彩。分子的色彩來自於它不吸收的光，分子無法吸收的各種顏色的光混合成分子的顏色。
13.
舉例來說，胡蘿蔔素吸收紫色與藍色的可見光，於是它呈現出無法吸收的光線顏色：橘色。胡蘿蔔素就是讓胡蘿蔔呈現亮橘色的物質。
14.
通常當分子吸收了光子，使得分子系統內的價電子進入到激態，這個分子會因此變得比較容易起反應。關於分子的電子處於激態時的化學特性這方面的研究，稱為光化學photochemistry。
15.
光化學其中一個重要研究領域是研究大氣中的化學反應。舉例來說，空氣中會產生光化學霧photochemical
smog是因為二氧化氮被光分解後，產生非常容易起反應的氧原子，這些氧原子與空氣中的氧氣結合，產生臭氧，臭氧又接著與其他污染物進行反應。
16.
大氣頂層的臭氧消耗的問題來自於光化學反應，像CF2Cl2這類氟氯碳化物被光分解後會產生容易起反應的氯原子，這些容易起反應的氯原子會催化臭氧分解。
17.
近幾年，雷射在電子光譜技術領域扮演非常重要的角色，因為雷射能夠大量而精確地提供特定波長的光，並且這些光能可以瞬間噴發，雷射照射分子的時間長度可以短至10－15秒。
18.
這讓分子可以在極短的能量衝擊下激化電子到激態，然後觀察能量下降時，分子的電子退回到基態的過程。以上這些光譜技術用於偵測化學反應機制。
沒有留言:
張貼留言