Előadást letölteni
Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon
1
8. A MOLEKULÁK ELEKTRONSZERKEZETE
2
8.1. A független részecske modell
3
Az elektronszerkezet leírására használt modell:
rögzített magok, mozgó elektronok - + ++ +++
4
Schrödinger-egyenlet a modellre:
5
az elektronok mozgási energiájának operátora
6
a magok mozgási energiájának operátora
, mivel a magok rögzítve vannak!
7
a mag-elektron vonzás pot. E operátora
Zke a k-ik mag töltése ri,k az i-ik elektron és a k-ik mag távolsága
8
az elektron-elektron taszítás pot. E operátora
ri,j az i-ik és a j-ik elektron távolsága
9
a mag-mag taszítás pot. E operátora
rk,ℓ a k-ik és a ℓ-ik mag távolsága állandó, mivel a magok rögzítve vannak!
10
Ezt a differenciál egyenletet nem lehet analitikusan megoldani, csak közelítő módszerrel (numerikusan). És még akkor is nehéz!
11
A feladat egyszerűbb, ha az egyes elektronok mozgását elválasztjuk:
FÜGGETLEN-RÉSZECSKE MODELL
12
a többi el. a magok vonzóhatását árnyékolja
- ++ + +++
13
A külön mozgó elektronokra külön Schrödinger-egyenletet írhatunk fel:
a Fock-operátor:
15
A független részecske modellt használva az elektronszerkezetre felírt
Shrödinger-egyenleben
16
A modell előnyei: (számítógéppel) gyorsabb megoldás, szemléletes eredmény: az elektronszerkezet molekulapályákból tevődik össze, amelyeket εi energiájuk φi hullámfüggvényük jellemez MO (molecular orbital)
17
Az elektronszerkezet szemléltetése: MO-energia diagram E
egy MO-n 0, 1, vagy 2 elektron lehet ha 2, akkor ellentétes spinnel Multiplicitás: 2S + 1
18
E üres pályák LUMO HOMO vegyérték pályák törzspályák
19
MO-k alakja – a hullámfüggvények ábrázolása
Azt a felületet ábrázolják, amelyen belül a MO-n lévő elektron 90 %-os valószínűséggel található.
20
Vegyérték pályák lokális szimmetriája
n-pálya: nem-kötő elektronpár -pálya : hengerszimmetrikus a kötés(ek)re -pálya : csomósík a kötés(ek) síkjában
21
Példa: a formaldehid MO-i
22
A formaldehid MOED-ja
23
Törzspályák 1b2 -302,73 eV 1a1 -552,74 eV
24
σ-pálya 4a1 -14,84 eV 3a1 2b1 2a1 -17,22 eV -21,98 eV -36,39 eV
25
π-pálya 1b1 -12,06 eV
26
n-pálya 5a1 +17,11 eV 2b1 +7,67 eV 3b2 -9,64 eV 0 eV
27
Kémiai kötés Molekulapálya Két különböző fogalom!!!
Két atomot köt össze kötéstávolság vegyértékrezgés Molekulapálya Az összes atom részt vesz benne elektrongerjesztés ionizáció Két különböző fogalom!!!
28
8.2. Elektrongerjesztések elmélete
29
Az elektrongerjesztés az MO-elmélet szerint:
LUMO HOMO
30
Az elektrongerjesztés az MO-elmélet szerint:
LUMO HOMO
31
A gerjesztés történhet spin-megőrzéssel, vagy átfordulással
32
Szingulett állapotok S0 S1 S2
33
Triplett állapotok T1 T2
34
Kiválasztási szabályok szempontjai
Pályák lokálszimmetriája Spinállapot
35
Kiválasztási szabály lokálszimmetriára
n→* →* n→* →* →* →* megengedettek tiltottak
36
Kiválasztási szabály spinállapotra
DS = 0
37
Elektronállapotok energia-diagramja
S3 S2 T2 S1 T1 S0
38
UV-VIS abszorpciós spektroszkópia
39
S3 S2 T2 S1 fluoreszcencia- spektroszkópia T1 S0
40
8.3. Ultraibolya- és látható abszorpciós spektroszkópia
41
Törzspályákon levő elektronok gerjesztése: röntgensugárzással.
Vegyértékpályákon levő MO-król elektronok gerjesztése: UV és látható sugárzással. l = nm Vákuum-ultraibolya tartomány: (200) nm UV-tartomány: 170 (200) nm Látható tartomány: 400 – 700 (800) nm Közeli IR tartomány: 700 (800) nm-től.
42
Spektrum ábrázolása: Vízszintes tengelyen l [nm] (fizikában ν [1/cm]) Függőleges tengelyen intenzitás abszorbancia transzmisszió Leggyakrabban oldat mintát vizsgálnak. (Oldószerek: víz, n-hexán, etanol.)
43
Vizsgálható vegyületek
Szerves vegyületek a.) p-kötés és kötetlen elektronpárt is tartalmazó funkciós csoportot tartalmazó molekulák (CO, CN, NO2-csoport; n-p* átmenet) b.) laza n-elektronpárt tartalmazó molekulák (Cl, Br, I, Se-tartalmú vegyületek; n-s* gerjesztés, 200 nm felett) c.) konjugált kettőskötéseket tartalmazó molekulák (p-pályák felhasadása miatt p-p* gerjesztés, 200 nm felett)
44
Szervetlen vegyületek
Átmeneti fémek komplexei A fématom degenerált d vagy f pályái a ligandumok hatására felhasadnak. A felhasadt pályák között kicsi az energiakülönbség. Az ilyen elektronátmenet az UV-látható tartományba esik. Elméleti alapok: ligandumtér-elmélet.
45
A benzol UV-VIS színképe (etanolos oldat)
46
A benzolgőz UV-VIS színképe
47
EGYSUGARAS UV-LÁTHATÓ ABSZORPCIÓS SPEKTROMÉTER
48
UV-VIS abszorpciós spektroszkópia alkalmazása:
• koncentráció meghatározása oldatban (pontos) • reakciókinetikai vizsgálatok • kémiai egyensúlyok vizsgálata
49
Példa reakciókinetikai alkalmazásra:
I2 redukciója I3- ionná antipirinnel oldatban gyulladáscsökkentő gyógyszer
50
I3- I2 M. Hasani, Spectrochim. Acta A 65 (2006) 1093
51
a hőmérséklet, stb függvényében
Izobesztikus pont A→B reakció lejátszódását vizsgáljuk az idő a pH a hőmérséklet, stb függvényében A bemérési koncentráció: de cA és cB mérésenként változik
52
Minden hullámhosszon:
Azon a hullámhosszon, ahol εA = εB = ε, ott: Az összes spektrumban ugyanakkora A, itt a spektrumok metszik egymást. Az izobesztikus pont igazolja, hogy a c0 bemérések egyeztek.
53
Oxazin 1 festék + humuszsav absz. spektruma
54
Példa kémiai egyensúly vizsgálatára
Kávésav disszociációja
56
8.4. Fluoreszcencia-spektroszkópia
Fluoreszcencia-spektrum: a gerjesztést követő emisszió intenzitását mérjük, az emisszió hullámhossza függvényében.
57
Spektrum ábrázolása: Vízszintes tengelyen l [nm] Függőleges tengelyen intenzitás IF (önkényes egység) F fluoreszcencia kvantumhatásfok Oldószerek: (l. UV-látható abszorpciós spektroszkópia)
58
SPEKTROFLUORIMÉTER
59
Rodamin-B festék abszorpciós és emissziós színképe
60
A fluoreszcencia-mérés előnye
Az érzékenység sokkal nagyobb, mint az abszorpciós mérésnél, mivel - a jelet az I = 0-hoz (sötétség) képest mérjük, - a vegyületeknek csak kis hányada (aromások, ritka földfémek komplexei) fluoreszkál.
61
Alkalmazások: - kémiai analízis fluoreszcencia-spektrum mérésével (esetleg M-os oldat fluoreszcenciája is mérhető.) - fluoreszcencia mikroszkóp - orvosi diagnosztika
62
Példa: DNS meghatározása etidium bromiddal
DNS borjú csecsemőmirigyből (thymus) N. C. Garbett, Biophys. J. 87, 3974 (2004)
63
A DNS szerkezete Wikipedia - English
64
cDNS A festék fluoreszcenciája erősödik a DNS hatására!
65
2008 kémiai Nobel-díj: zöld fluoreszkáló fehérje (GFP) Roger Tsien, Osamu Shimomura , Martin Chalfie
66
8.5. Optikai forgatóképesség és cirkuláris dikroizmus
Az élő szervezetben sok királis vegyület fordul elő: aminosavak, cukrok, egyes aminok, szteroidok, alkaloidok, terpenoidok Ezek vizsgálhatók kiroptikai módszerekkel: forgatóképesség, ORD, CD
67
síkban polarizált fény
68
Optikai forgatóképesség
A királis vegyület oldata a polarizáció síkját elfordítja: = [M]·c· [M] moláris forgatóképesség c koncentráció küvettavastagság
69
[M] függ a hullámhossztól
Polariméter: néhány hullámhosszon méri [M]-et, legtöbbször a Na D-vonalán ([M]D) Spektropolariméter: megméri az [M] - spektrumot (Optikai rotációs diszperzió, ORD)
70
(a) balra (a) jobbra cirkulárisan polarizált fény
71
Cirkuláris dikroizmus
A jobbra és balra cirkulárisan polarizált fény abszorpciós koefficiense eltér! Ezt a hatást mérjük: Aj = j·c· , ill. Ab = b·c· CD-jel: A = Aj – Ab = (j - b) ·c· CD-spektrum: A a hullámhossz függvényében
72
Példa: (R)- és (S)-fenil-etil-amin CD színképe
73
(R)-fenil-etil-amin CD spektruma
abszorpciós spektrum
74
(R)-fenil-etil-amin és (S)-fenil-etil-amin CD spektruma
R-FEA S-FEA abszorpciós spektrum
75
Kalkon-epoxid UV abszorpciós és CD-spektruma
76
Az UV abszorpciós és a CD spektrumban ugyanazok az elektronátmenetek adják a sávokat!
77
A CD spektroszkópia alkalmazásai
1.szerkezetvizsgálat: konfiguráció meghatározása 2. analitika: királis vegyület koncentrációjának mérése 3. biológiai rendszerek elemzése (HPLC + CD spektrométer)
Hasonló előadás
© 2024 SlidePlayer.hu Inc.
All rights reserved.