If you're seeing this message, it means we're having trouble loading external resources on our website.

Ако си зад уеб филтър, моля, увери се, че домейните *. kastatic.org и *. kasandbox.org са разрешени.

Основно съдържание

Спрежение и цвят

Защо силно спрегнатите съединения абсорбират светлина във видимата област и по този начин имат цвят. Създадено от Джей.

Видео транскрипция

Повечето органични съединения нямат никакъв цвят. Пример за това е етенът или етиленът. Етенът има два въглерода, като всеки от тях е sp2-хибридизиран. Всеки от тези въглероди има р-орбитала. Има общо две р-орбитали, или две атомни орбитали. Тези две атомни орбитали ще се рекомбинират, за да се получат две молекулни орбитали (МО). Така имаме една свързваща МО и една антисвързваща МО. Свързващата молекулна орбитала има по-ниска енергия. Това е свързващата МО, тук долу. Антисвързващата МО има по-висока енергия, така че това е антисвързващата МО. Етенът има два пи-електрона. Ще оцветя тези пи-електрони в цикламено. Тези два пи-електрона са на свързващата МО. Значи тази орбитала е заета. Можем да я наречем най-високата свързваща МО, или НОМО (абр. на англ.). Това ще бъде най-ниската незаета МО или LUMO. Има разлика в енергиите на НОМО и LUMO. Тази разлика в енергията е много важна, защото тя кореспондира на дължина на вълната на светлината. Енергията е равна на константата на Планк по скоростта на светлината, делено на дължината на вълната. Така, енергията... Енергията и дължината на вълната са обратнопропорционални помежду си. Определено количество енергия съответства на определена дължина на вълната на светлината. Тази разлика в енергиите между НОМО и LUMO съответства на определена дължина на вълната на светлината. Тази дължина на вълната се оказва приблизително 171 нанометра. Когато етенът абсорбира светлина, при дължина на вълната 171 нанометра, това съответства на точното количество енергия между НОМО и LUMO. Тази енергия е достатъчна за един от тези пи-електрони да прескочи от НОМО до LUMO в този пи-пи* преход. Говорихме доста за преходите пи-пи* в предишното видео за UV/Vis спректроскопите. Задължително гледай предишното видео преди да гледаш това. Ето това се случва с етена. Той абсорбира светлина с дължина на вълната 171 нанометра. Сега да разгледаме 1,3-дибутадиена, който има четири въглеродни атома. Всеки от тези четири въглерода е sp2-хибридизиран. Така че всеки от тези въглероди има р-орбитала. Имаме четири р-орбитали, атомни орбитали, които се рекомбинират и образуват четири молекулни орбитали – две свързващи и две антисвързващи. Двете свързващи МО имат по-ниска енергия от двете антисвързващи МО. Имаме общо четири пи-електрона, четири ... Това са два пи-електрона и това са другите два, общо четири пи-електрона. Тези пи-електрони заемат две свързващи молекулни орбитали. Сега това трябва да намерим най-високата заета МО... Това е ето тази. Най-ниската незаета МО е ето тази. Разликата в енергията между НОМО и LUMO е това, което ни интересува. Забележи, че разликата в енергията... Тази енергийна разлика е по-малка от разликата в енергиите в предишния пример. Ако си спомниш формулата, която свързва енергията и дължината на вълната... Ако намалее енергията... Тъй като те са обратно пропорционални едно на друго, ще се увеличи дължината на вълната. Трябва да имаме по-висока дължина на вълната от преди. Вместо 171 нанометра, 1,3-бутадиена ще абсорбира светлина с приблизителна дължина на вълната 217 нанометра. Накрая да разгледаме 1,3,5-хексатриена. Ако разгледаме пи-електроните, имаме два, четири, шест пи-електрона. Тези шест пи-електрона запълват трите свързващи МО. После намираме най-високата заета МО и най-ниската незаета МО. Разглеждаме разликата в енергията между тях. Обърни внимание, че разликата в енергиите е още по-малка. Ако още веднъж намалим енергията, се увеличава дължината на вълната, която се абсорбира. Дължината на вълната на светлината ще бъде даже още по-висока. Тя достига до приблизително 258 нанометра. Хексатриенът абсорбира светлина с приблизително 258 нанометра. Това все още е в UV-областта на електромагнития спектър. Затова хексатриенът няма цвят. За да има цвят нещо, то трябва да абсорбира светлина във видимата област. Това се постига само когато имаме спрежение. Тук имаме хаксатриен, в който има спрежение. Двойна връзка, единична връзка, двойна връзка, единична връзка, двойна връзка. Но то все още абсорбира светлина в UV-областта. Представи си такава молекула, която има още по-голямо спрежение от хексатриена. Увеличеното спрежение означава, че се абсорбира светлина с по-голяма дължина на вълната. Забележи тенденцията тук. Когато увеличаваме степента на спрежение, увеличаваме дължината на вълната на абсорбираната светлина. Ако имаме изключително спрегнато съединение, то ще абсорбира светлина с даже още по-голяма дължина на вълната. Когато преминем 400 нанометра, което е във видимата област. Тези вещества имат цвят. Това е идеята. Голямото спрежение води до поява на цвят. Да разгледаме бета-каротена, за който говорихме в предишното видео. Знаем, че бета-каротенът е оранжев. Значи имаме оранжево съединение. Основното е спрежението. Да видим колко спрегнат е бета-каротенът. Да видим всички единични и двойни връзки. Изключителното спрежение означава, че тази молекула може да абсорбира светлина с по-дълга дължина на вълната. Тя абсорбира светлина във видимата област на електромагнитния спектър. Бета-каротенът абсорбира светлина, като отразява оранжево, ето защо казваме, че морковите и това съединение е оранжево. Тук трябва да заподозрем спрежението. Сега да видим още един пример – фенолфталеина. Фенолфталеинът е вероятно най-известният киселинно-основен индикатор. Ако си правил лабораторни упражнения по обща химия, то съм сигурен, че си ползвал/а фенолфталеин като индикатор при киселинно-основно титруване. Знаеш, че при ниско рН в кисела среда фенолфталеинът е безцветен. Но ако добавиш основа... Сега добавяме основа. Увеличава се рН и се появява розов или цикламен цвят. Да видим защо се случва това. Нека първо да добавим натриев хидроксид. Добавяме натриев хидроксид. Това е хидроксидният анион. Ще напиша още един хидроксиден анион. Значи тук имаме отрицателен заряд –1 при кислорода. Хидроксидният анион действа като основа. Той ще вземе този протон, при което можем да вземем тези електрони и да ги преместим тук. Това изтласква тези електрони ето тук. Тези електрони идват тук, тези електрони идват при кислорода. Друг хидроксид ще вземе този протон, а тези електрони отиват накрая при кислорода тук. Да проследим тези електрони. Електроните в цикламено се преместват тук, ето така. Ще използвам синьо за следващите. Тези електрони в синьо се преместват тук. Сега взимам зелено. Тези електрони взелено идват ето тук. Накрая тези електрони в червено отиват при кислорода. Този кислород придобива отрицателен заряд –1. Ако този хидроксиден анион вземе този протон, тези електрони идват при този кислород, което дава на кислорода отрицателен заряд –1. Получаваме йон. Този йон има розов или цикламен цвят. Ако се вгледаме внимателно, ще видим защо. Да видим спрежението. Тук имаме редуващи се единични и двойни връзки. Двойна връзка, единична връзка, двойна връзка, единична връзка, двойна връзка, единична връзка, двойна връзка, единична връзка, двойна връзка, единична връзка. Почти целият йон е спрегнат. Имаме това изключително спрежение, което позволява на този йон да абсорбира във видимата област. Ето затова виждаме този розов цвят тук. Можем да отидем и в другата посока. Добавяме киселина, което отново връща безцветния вид на фенолфталеина. Причината това да е безцветно, е че този въглерод... Ще оцветя този въглерод ето тук. Този въглерод е sp3-хибридизиран. Той е sp3-хибридизиран. Следователно има р-орбитала. Имаме известно спрежение в този бензенов пръстен. Имаме тези редуващи се единични и двойни връзки. Но това спрежение прекъсва, когато стигнем до централния въглерод. Тук нямаме спрежение в цялата молекула. Нямаме достатъчна степен на спрежение, затова не абсорбира във видимата област. Затова изглежда безцветен. Ако разгледаме този въглерод ето тук отдясно... Ще използвам червено. Този въглерод тук... Този въглерод е sp2-хибридизиран. Той има р-орбитала, която позволява делокализацията на тези електрони. Имаме голямо спрежение и затова имаме цвят. Надявам се, че това ти помогна да разбереш колко важно е спрежението за наличието на цвят.