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

УВ спектроскопия и спектроскопия във видимата област (UV-Vis)

Въведение в UV/Vis спектроскопия. Как тази техника се използва за анализ на молекули с електрони в pi орбитали и несвързващи орбитали. Създадено от Джей.

Видео транскрипция

Различните съединения абсорбират различни дължини на вълната на светлината и ако молекулата абсорбира светлина в ултравиолетовата или видимата част на електромагнитния спектър, можем да определим дължината или дължините на светлината, които са абсорбирани от това съединение, като използваме UV/Vis спректрофотометър. Това, което той прави, е да излъчи сноп светлина с набор от дължини на вълната. Дължините на вълната варират от около 200 нанометра до 800 нанометра. Пропускаме светлина с тези дължини на вълната през проба от съединението и получаваме абсорбционен спектър. Това е абсорбционният спектър за това съединение – 1,3-бутадиен. Ако погледнем тук, ще видим, че това съединение абсорбира най-изразено ето тук, и като спусна надолу, виждам дължината на вълната на светлината, която се абсорбира най-силно от съединението. Виждаме, че това е точно под 220 нанометра. Изглежда е 217 нанометра. Наричаме това ламбда максимално. Дължината на вълната на светлината, абсорбирана от това съединение, е около 217 нанометра. То абсорбира в UV-областта, следователно бутадиенът няма цвят, той е безцветен. Сега да разгледаме по-внимателно структурната му формула. Имаме четири въглеродни атома и всички тези въглеродни атоми са sp2-хибридизирани. Което означава, че всеки от тези въглеродни атоми има р-орбитала. Следователно има четири р-орбитали или четири атомни орбитали. Съгласно теорията на молекулните орбитали (МО), тези четири атомни орбитали се обединяват в четири молекулни орбитали. Две свързващи молекулни орбитали и две антисвързващи МО. Нека да погледнем тук тези четири молекулни орбитали, като ще започнем от лявата страна. Свързващите МО имат по-ниска енергия от антисвързващите МО. Тази орбитала и тази орбитала са свързващите молекулни орбитали, а тази тук и тази тук са антисвързващите молекулни орбитали. И тук виждаме енергията, нали? Енергията се увеличава ето така и затова антисвързващите МО имат по-висока енергия. Сега да разгледаме структурата на бутадиена отново и да видим колко пи-електрона има в нея. Тук имаме два пи-електрона и тук имаме два пи-електрона. Това са общо четири пи-електрона. Когато разглеждаме МО, можем да си представим електронните конфигурации. Имаме четири електрона. Къде ще поставим тези електрони. Ще ги поставим в орбиталите с най-ниска енергия първо. Като също така трябва да направим двойки по спин. Така че тези четири електрона – първо ще поставим два в тази свързваща МО, като те ще имат противоположни спинове. После два в тази свързваща МО. Значи четирите пи-електрона попадат в тези свързващи молекулни орбитали, които можем да приемем за основно състояние. Това е основното състояние на бутадиена. След това пропускаме светлина през бутадиена и тогава молекулата ще абсорбира енергия от светлината. Да видим тук, тук има разлика в енергията между орбиталите и по-точно ни интересуват тези две орбитали ето тук. Значи тук има разлика в енергията на тези две орбитали. Тази орбитала тук долу е заета от електрони и има по-висока енергия от тази орбитала. Това е най-високата заета МО. Най-високата заета МО или НОМО (англ. абревиатура). Тази орбитала ето тук е незаета. Антисвързващата МО тук е незаета и има по-ниска енергия от тази антисвързваща МО. Това е най-ниската незаета МО (LUMO - англ. абревиатура). Когато молекулата абсорбира енергия, разглеждаме НОМО, най-високата заета молекулна орбитала, и LUMO, най-ниската незаета молекулна орбитала. Разликата в енергията между тези две орбитали е това, което ни интересува. Така че молекулата абсорбира енергия и един пи-електрон абсорбира енергия от светлината и се изкачва на ниво с по-висока енергия. Ще го запиша ето тук. Сега говорим за възбудено състояние, когато пропуснем светлина през веществото. Това е възбуденото състояние на бутадиена и тези два пи-електрона остават тук. Единият от тези пи-електрони остава тук, а другият пи-електрон абсорбира енергия от светлината и отива на ниво с по-висока енергия. Значи този ето тук отива на ниво с по-висока енерегия. Премества се от НОМО в LUMO, като абсорбира определено количество енергия, за да стане това. Така че той трябва да абсорбира подходящото количество енергия, за да направи този преход. Знаем, че енергията идва от светлината и също така знаем, че енергията на един фотон светлина е равна на h, което е константата на Планк, по честотата на светлината, което е ново. Тук в абсорбционния спектър всичко е дадено в дължини на вълната, така че трябва да представим енергията чрез дължината на вълната. Знаем, че честотата на светлината и дължината на вълната са свързани. Скоростта на светлината е равна на дължината по честотата. Честотата е равна на скоростта на светлината върху дължината на вълната. Можем да вземем това – честотата е равна на 'c' върху ламбда, и да го заместим ето тук. Сега имаме енергията. Енергията е равна на h по с върху ламбда. Това е много важно: енергията и дължината на вълната са обратно пропорционални едно на друго. Това означава, че една дължина на вълната съответства на специфично количество енергия. Разликата в енергията на НОМО и LUMO съответства на дължина на вълната и ако се върнем тук при абсорбционния спектър на бутадиена, виждаме, че имаме дължина на вълната 217 нанометра. На пръв поглед може да е малко объркващо, защото изглежда, че имаме много голяма област от дължини, които са абсорбирани. Но не се притеснявай за това, това просто е резултат от различни вибрации и ротации в молекулата, които могат малко да променят разликата в енергията. Затова не виждаме точно определена дължина на вълната, а виждаме тази широка ивица от дължини на вълната, които се абсорбират. Тук просто трябва да определиш тази дължина, която се абсорбира най-силно и да я приемеш като дължината на вълната, която съответства на разликата в енергията между тези две орбитали тук. Ето така трябва да го тълкуваме. Сега да видим друго вещество. Вместо бутадиен ще разгледаме това съединение, което е етанал. Това е структурната му формула, и ако разгледаме тази молекула, виждаме, че тук имаме два пи-електрона в етанала. Значи два пи-електрона. Знаем, че тези електрони ще отидат в свързваща молекулна орбитала. Сега ще поставя една линия тук на тази диаграма. Това е свързващата МО тук долу. Имаме два пи-електрона. Нека да поставя нашите пи-електрони тук. Само първо ще сменя цветовете. Това тук е антисвързващата МО, която ще означа с пи*. Това е разликата в енергията между свързващата МО и антисвързващата МО. Това е делта Е и ние казахме, че съответства на определена дължина на вълната на светлината. Когато един от тези електрони премине в по-горната орбитала, в етанала се извършва преход от пи към пи*. Тази молекула ще абсорбира енергия, която... Ще взема друг цвят. Енергията съответства на дължината на вълната, това е разликата в енергията между тези две орбитали. Оказва се, че този преход от пи до пи* е около 180 нанометра, което под областта, която обикновено измерваме, когато използваме UV/Vis спректрометър. Но тук има и друга възможност. Ще оцветя една несподелена електронна двойка при кислорода. Имаме несподелена електронна двойка, това са несвързващи електрони. Несвързващите електрони се намират на несвързваща МО, която всъщност има малко по-висока енергия от свързващата молекулна орбитала. Тази друга възможност тук означаваме като n. Това е несвързваща МО. Можем да поставим някои електрони на нея. Поставяме тези два електрона в тази несвързваща МО. Тук може да има друг вид преход. Отново говорим за пи*, антисвързващата МО ето тук. Можем да имаме преход от n във пи*. Можем да имаме преход n – пи*, тъй като имаме карбонилно съединение. Тук не говорим просто за пи-електрони. Говорим за тези несвързващи електрони тук. Да разгледаме тази разлика в енергията. Тази разлика в енергията е по-малка от преди. Тази енергийна разлика е по-малка от тази енергийна разлика. Какво се случва с дължината на вълната на светлината, която се абсорбира? Щом имаме по-малка енергийна разлика, енергията и дължината на вълната са обратно пропорционални, така че това трябва да е по-голяма дължина на вълната. Тук се абсорбира светлина с различна дължина на вълната, по-висока дължина, което се оказва, че... Пак ще сменя цветовете. Така че този енергиен преход съответства на дължина на вълната от около 290 нанометра. Това е n – пи* преход, по-малка енергийна разлика, която съответства на по-висока дължина на вълната. Това е много важно. Когато намалява енергийната разлика между орбиталите, се увеличава дължината на вълната, която се абсорбира. Ще говорим повече за това в следващите видеа, защото това е свързано с понятието цвят.