벤젠의 전자 스펙트럼

소개글

벤젠의 전자 스펙트럼에 대한 보고서 자료입니다.

목차

I. 서 론

벤젠의 분자궤도함수 및 에너지

SALC 분자궤도함수

에너지

벤젠의 들뜬 상태 전자배치와 항 기호

전자전이 선택률

진동 구조

II. 실 험

III. 데이터 분석

본문내용

MBDA _gr
IN
GAMMA (x,~ y, ~혹은 ~z)
(23b)
흡수 스펙트럼에서 흡광계수의 크기는 스핀 선택률 및 궤도함수 선택률에 의하여 결정되어진다. 스핀 선택률과 궤도함수 선택률에 의하여 모두 허용되는 흡수 전이의 경우 약
10^3 ~ SIM ~10^4
범위의 흡광도 계수를 갖는다. 궤도함수 선택률에 의해 허용되지만 스핀 선택률에 의해 금지될 경우 흡수 전이는 약 10 이하의 흡광도 계수를 갖는다. 이와는 달리 스핀 선택률에 의해 허용되지만 궤도함수 선택률에 의하여 금지될 경우 흡수전이에서 진동방식은 중요한 역할을 한다.
N개의 원자로 구성된 분자에서 만약 선형구조를 가지면 분자는 (3N-5)개의 진동방식을 가지며, 비선형 구조의 분자는 (3N-6)개의 진동방식을 갖는다. 진동방식은 분자의 대칭점군의 기약표현으로 나타낸다. 만약 한 진동방식 i의 기약표현을
GAMMA_vib ^i
라 하자. 바닥 상태
LAMBDA _gr
, 들뜬 상태
LAMBDA_ex
와
GAMMA_vib ^i
간의 직접 곱이
(진동 선택률)
LAMBDA_ex
ⓧ
GAMMA_vib ^i
ⓧ
LAMBDA _gr
IN
GAMMA (x,~ y, ~혹은 ~z)
(24)
조건을 만족할 경우 진동방식 i는 전자전이에 활성적이라고 한다. 스핀 선택률에 의해 허용되지만 궤도함수 선택률에 의해 금지되는 바닥 상태
LAMBDA _gr
로부터 들뜬 상태
LAMBDA_ex
로의 전이가 진동방식에 의해 식 (24) 조건을 만족할 때 진동방식에 의해 허용된다. 진동방식에 의해 허용되는 전이의 흡광도 계수는 10 ∼ 103 범위의 값이 된다. 벤젠은 총 30개의 진동방식을 가지며,
b_1g
및
e_2g
진동방식이 전자전이에 중요한 역할을 한다.
진동 구조
분해능(resolution)이 좋은 전자 전이에는 진동 구조가 나타난다. 진동 구조의 특성은 Franck-Condon 원리에 의하여 설명되어진다. 그림 12.5는 Franck-Condon 원리를 설명하고 있다. 바닥 상태
LAMBDA _gr
에서 들뜬 상태
LAMBDA_ex
로의 전자전이에는 전자 에너지 준위와 진동 에너지 준위의 변화가 수반된다. 전자 에너지에 비하여 회전 에너지는 매우 작기 때문에 회전 에너지 준위의 변화는 일반적으로 나타나지 않는다. 진동운동은 핵의 운동을 나타내며 핵의 질량은 전자의 질량에 비하여 매우 무겁다. 따라서 전자의 운동은 핵의 운동에 비하여 매우 빠르게 일어난다. 전자 전이가 일어나는 동안 핵은 마치 정지된 것과 같다. 이것은 전자전이 동안 진동 운동에 의한 결합길이의 변화가 일어나지 않는 것을 의미한다. 바닥 상태의 결합 길이는 들뜬 상태의 결합길이와 같게 되므로 전자 전이는 그림 12.5에서 보여주듯이 수직으로 일어난다.
바닥 상태에서 전자들은 영점 에너지 준위에 놓여있다. 영점 에너지 준위의 진동 파동함수에 의하여 전자를 발견할 확률은 v=0 준위의 중간점 A에서 최대가 된다. 따라서 이 점으로부터 출발하여 수직으로 그린 선 AB가 들뜬 상태의 에너지 포물선과 만나는 점 B로의 전이가 흡수도가 최대가 되는 봉우리(peak)가 된다. 들뜬 상태의 진동에너지가 B점으로부터 멀리 떨어질수록 흡수 전이 확률은 감소한다. 그림 12.6에서 보여주듯이 정밀 흡수스펙트럼에서는 들뜬 상태의 진동에너지 준위의 구조가 나타난다. 따라서 분해된 흡수띠의 에너지 간격으로부터 들뜬 상태의 진동에너지 준위도를 구할 수 있다.
그림 12.5 Franck-Condon 원리를 보여주는 두 개의 포텐셜 곡선.
그림 12.6 전자전이에서 나타나는 진동 진보(vibrational progression).
II. 실 험
실험장치 :
UV/Visible 분광기 석영 셀 2개
시약 :
벤젠 p-difluorobenzene
시클로헥산 n-헥산
실험과정 :
①시클로헥산 및 n-헥산 용매를 사용하여 묽은 벤젠 시료용액을 만든다.
② 한 석영 셀에 2/3 정도의 시료용액을 넣고, 다른 셀에는 같은 양만큼의 용매를 넣는다.
③ 분광기의 셀 칸막이 뚜껑을 열고 시료 부분에는 벤젠용액이 들어있는 셀을 그리고 reference 부분에는 용매가 들어있는 셀을 조심스럽게 넣는다.
④ 가능한 분해능이 좋은 흡수 스펙트럼을 350 nm에서 195 nm까지 측정한다.
III. 데이터 분석
① 바닥 상태로에서 첫 번째 들뜬 상태로의 전이 중에서 스핀 선택률과 궤도함수 선택률에 의하여 모두 허용되는 전이는 무엇인가?
② 스핀 선택률에 의해서는 금지되지만 궤도함수 선택률에 의하여 허용되는 전이는 무엇인가?
③ 궤도함수 선택률에 의해 금지되는 전이 중에서
b_1g
혹은
e_2g
진동방식에 의해 허용되는 전이는 무엇인가?
④ 각각의 흡수 띠의 봉우리 점과 흡수도 계수를 흡수 스펙트럼으로부터 알아내어라.
⑤ 이상의 결과들을 종합적으로 고려하여 각 흡수 띠를 할당하여라.
⑥ 진동 구조가 가장 잘 나타난 흡수 봉우리와 이의 할당을 제시하여라.
⑦ 이 띠의 정밀 구조에서 각 분할된 에너지 간격은 들뜬 전자상태의 진동 에너지준위를 나타낸다. 분할된 띠의 파장을 cm-1 단위로 환산하여 진동에너지 준위를 구하여라.
⑧ 실험결과로부터 벤젠의 정밀 전자구조에 대한 에너지 준위도를 제시하여라.
⑨ p-Difluorobenzene 스펙트럼과 벤젠의 스펙트럼과 비교하여라. p-Difluorobenzene의 대칭점군은
C_2v
이다.
참고문헌
1. J. H. Callomon, T. M. Dunn, and I. M. Mills, Phil. Trans. Roy. Ser. (London), 259A, 499 (1966)
2. D. C. Harris and M. D. Bertolucci, Symmetry and Spectroscopy, Oxford University Press, New York, pp. 377 - 389, 1978
3. D. L. Pavia, G. M. Lampman and G. S. Kriz, Introduction to Spectroscopy, 2nd edition, Saunders College Publishing, Orland, pp. 288 - 290, 1996.

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벤젠,   전자 스펙트럼