[물리화학실험] 컨쥬게이션 염료의 흡수 스펙트럼 예비레포트

소개글

[물리화학실험] 컨쥬게이션 염료의 흡수 스펙트럼 예비레포트에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1)실험제목
2)실험날짜
3)실험목적
4)시약 및 기구
5)실험이론
6)실험과정
7)참고문헌

본문내용

”되어있을 때 나타나는
현상이다. conjugation 되기 위해서는 여러 개의 p오비탈이 align되어 서로 bond
overlap 될 수 있어야 한다. 만약 연결고리 중간에 p오비탈이 존재하지 않거나
기하학적으로 align될 수 없는 경우에는 conjugation이 방해받으므로 그 부위에서
끊긴다.
conjugation된 분자는 pi()-electron density가 disperse 되어 있으므로
conjugation 되지 않은 분자에 비해 안정하다. UV-Vis Spectrometer에서는 더
많이 conjugation된 분자일수록 (energy gap)이 작기 때문에
(wavelength)가 길어진다.
④1차원 상자 속 입자(particle in a 1D-box) 모델과 자유전자모델
particle in a 1D-box란 질량 m을 가진 어떤 입자가 외부에서 힘이 가해지지 않은
상태로 무한퍼텐셜 우물 안에 존재하는 모델을 가리킨다. 1차원에서는 인
구간에서 다음과 같이 나타낼 수 있다.
0-L 이외의 구간에서는 퍼텐셜이 무한대이므로, 입자는 0-L 사이의 구간에 항상
존재하게 된다. 전자의 경우, Schrodinger equation이 위의 조건을 만족시키려면
ⅰ)x=0
ⅱ)x=L
이 때 D=0이면 이므로 0-L구간에서 전자가 존재하지 않게 된다. 따라서
sinkL=0, 라는 결과를 얻을 수 있다.
위 식을 이용해 Schrodinger equation을 풀면
이를 통해 의 값을 가지는 n에 따라 전자의 에너지 준위가 결정됨을 알 수
있다. 에너지 준위간의 차이는 다음과 같이 나타낼 수 있다.
자유전자모델
: kunn의 자유전자모델에 의하면 전자의 수를 N이라고 했을 때, 번째 오비탈이
HOMO가 된다. 따라서 LUMO는 n+1이 된다. 전자전이는 주로 HOMO→LUMO로 전자가
이동하면서 발생하므로 HOMO=, LUMO=의 형태로 나타낼 수 있다. 이 때 n에
각각 와 을 대입하면 를 구할 수 있다.
이다.
또한 이므로 이다. P=탄소의 수 일 때,
(사슬의 길이 L=(P+3)Xl) (l: C-C bond의 길이)
⑤UV/Vis Spectrometer
: UV-Vis Spectromer는 발색단(chromophore) 특히 방향족, diene, polyene,
-unsaturated ketone과 같은 conjugated system에서 특정한 작용기의 존재
검출에 사용된다. 보통 HOMO→LUMO로의 전자 전이에 의해 흡수된 빛의
wavelength를 분석한다. 에너지 값은 양자화되어 있기 때문에, 분자들은 입사광의
에너지가 주어진 분자의 전자 전이와 같을 때만 빛을 흡수할 수 있다. 따라서 흡광도의
변화를 관찰하여 물질의 전자 구조나 화학적 조성을 파악할 수 있다. 또한
Beer-Lambert의 법칙을 이용하여 용액 내 물질의 농도를 분석할 수도 있다.
일반적으로 바닥상태로부터 들뜬 전자 배치로의 전자 이동은 바닥상태보다 더 극성이고
용매 효과에 더 민감한 들뜬 상태로 이끈다. 용매가 더 극성일수록 용질과 더 강하게
상호작용한다. 들뜬 상태가 바닥상태보다 더 극성일 경우 흡수 스펙트럼이 장파장 쪽으로
이동(red shift, 의 값이 커진다.) 만약 바닥상태가 들뜬 상태보다 더욱 극성의
경우라면 용매의 극성 증가와 함께 단파장 쪽 이동을 예측할 수 있다.
발색단(chromophore)이란 바닥상태에서 들뜬 상태로 빛을 흡수하는 원자 집단을
뜻한다. 발색단 외에도 흡수의 세기나 파장에 영향을 주는 치환기를
조색단(auxochrome)이라 하며, 치환기들은 흡수에 미치는 영향에 따라 분류할 수 있다.
bathochromic shift(red shift)-장파장 또는 낮은 에너지 영역으로 이동
hypsochromic shift(blue shit)-단파장 또는 높은 에너지 영역으로 이동
hyperchromic effect-세기의 증가
hypochromic effect-세기의 감소
값은 전자 전이할 때 rorational energy와 vibrational energy state
transition에 의해 뾰족한 단일 peak가 아닌 높은 width를 갖는 graph의 형태를
보인다.
6)실험과정
① 한 염료를 메탄올에 녹여 1mM 10ml를 준비한다.
<실험시약제조>
- 1,1’-diethyl-4,4’-carbocyanine iodide (분자량 : 480.39)
- 1,1’-diethyl-2,2’-carbocyanine iodide (분자량 : 480.39)
- 3,3’-Diethylthiadicarbocyanine iodide (분자량: 518.48)
이번 실험에서는 각 시료 무게를 메탄올 10ml에 녹여서 1mM를 만들어 사용
② 400-750nm 구간에서의 흡수도를 측정한다.
파장에 따른 흡광도를 읽는데, 가시광선 영역인 400-750nm 영역을 측정하게 된다.
그래서 최대 흡수 파장을 (λmax) 찾는다. 넓은 간격으로 보이면 흡광도를 잘 읽을
수가 없기 때문에 중간에 Peak가 나타나면 좁은 간격으로 다시 읽어서 최대
흡수파장의 위치를 명확하게 잡아주면 된다.
③ 처음 용액을 희석시켜 다시 스펙트럼을 측정한다.
④ 2와 3의 과정을 peak의 크기가 1OD(Optical Density) 가까이 얻어질 때까지 반복한다.
⑤ 다른 염료에 대해서도 같은 방법으로 흡수도를 측정한다.
<자료처리: 측정한 모든 스펙트럼 나타낸다. λmax를 찾는다. 이론적인 계산을 통해
자유전자모델의 λmax를 계산하고 비교하여라>
7)참고문헌
Physical Chemistry (Silbey)
분석화학 (Harris)
분광학적 입문 (Pavia. Donald L.)
유기구조분광학 (Joseph B.Lambert)
https://www.quora.com/what-is-the-difference-between-antibonding-and-non-bonding-orbital
http://www.chem.ucalgary.ca/courses/351/carey5th/ch10-1-1.html
물리화학실험/ 대한화학회/ 청문각

키워드

화학,   물리화학,   spectroscopy,   Beer-Lamber’s Law,   Conjugation,   예비레포트,   A+