有机光电材料-物质吸收光谱与颜色.pptx
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1、第一章,物质吸收光谱与颜色,1.1 光的基本性质,光是能量存在的一种形式,属于电磁波。光具有波粒二象性:波动性和粒子性。可见光:波长在400760nm间的电磁波。白光:由各种单色光组成的复合光,白光,紫,绿,红,橙,蓝,青蓝,青,黄,光的互补示意图,白光,白光,1.1 光的基本性质,1.2 电子跃迁,电子由基态跳跃至激发态的过程,为电子跃迁。反过程亦称为电子跃迁。,基态分子和激发态分子在物理、化学性质上表现出很大区别。与基态分子相比,激发态分子能量升高、键长增加、键能减弱(见表1-2)。,1.2.1 基态与激发态,1.2 电子跃迁,电子类型 形成单键的电子 C-H、C-C 形成双键的电子 C=
2、C、C=O 未成对的孤对电子n 电子 C=O:有机化合物的紫外-可见吸收光谱,是其分子中外层价电子跃迁的结果(三种):电子、电子、n电子。,1.2.2电子跃迁类型,1.2 电子跃迁,*;*;n * 和n*. 不同的电子能级跃迁时需要的能量不同,如图1所示.,图1 电子轨道能级跃迁示意图,1.2 电子跃迁,各轨道能级高低顺序: n*;有机化合物的吸收带: *、*、 n*、n *跃迁能量: * n * * n * 200nm 200nm 可见光区,1.2 电子跃迁,1) * 跃迁 分子成键轨道中的一个电子通过吸收辐射而被激发到相应的反键轨道。化合物种类:饱和烃特点:需要的能量较高位置:远紫外光区
3、200nm,例: -C-C- 如:乙烷: max=135nm C-H 如: 甲烷: max= 125nm,9,图2 可见光的波长与颜色,1.2 电子跃迁,1.2 电子跃迁,2) n * 跃迁分子中未共用n电子跃迁到* 轨道化合物种类:凡含有n电子的杂原子的饱和化合物特点:跃迁所需要的能量较高位置:远紫外光区和近紫外光区 150-250nm=100 1000 Lcm-1 mol-1,【例】: max maxH2O 167 1480CH3Cl 173 200CH3Br 204CH3I 258,1.2 电子跃迁,3) * 跃迁 成键电子由基态跃迁到*轨道 化合物种类:不饱和有机化合物 特点:max1
4、04,为强吸收带、 共轭效应 位置:吸收峰处于近紫外光区或可见区, 200nm700nm 例:1,3-丁二烯(己烷) 217nm, 21,000,1.2 电子跃迁,4)n* 跃迁 孤对电子向反键轨道跃迁化合物种类:含有杂原子的不饱和基团 C=S O=N- -N=N-特点:谱带强度弱,104 E2=204 nm 较强吸收 103,1.4 影响紫外-可见吸收光谱的因素,(4)分子内电荷转移吸收带(ICT 带) 当分子内存在离域 键,且在 键两端接上电子给体(D)和电子受体(A)后,可形成“D-A”、“D- -D”和“A- -A”型分子(见图1-10)。具有这种结构的有机分子受光激发后很容易发生分子
5、内的电荷转移(intra molecular charge transfer,ICT),相应的吸收带必定位于吸收光谱的长波长区域,具有明显红移并伴随增色效应,这种吸收带称作ICT 吸收带。,电子给体(D,donor)是指那些能活化苯环的取代基,通常为第一类定位基(即邻、对位定位基,也为斥电子基),如NR2、OH、OR 和R 等。,电子受体(A,acceptor)是指那些钝化苯环的取代基,通常为第二类定位基(即间位定位基,也为吸电子基),如COOH、NO2、CHO 和CF3 等。,41,几个重要的光化学定律 (i)Stark-Einstein 定律 (光化学第二定律) 在普通光照射下,每个分子只
6、吸收一个光量子。即每个分子只能靠吸收一个光量子而达到它的激发态。,(ii) Mayer 预言 (双光子吸收) 在激光光场中,某些分子可吸收两个光量子而跃迁至激发态。这两个光子的吸收可能是同时的,也可能是分步完成的。,(iii)Franck-Condon原理 在电子跃迁的过程中,分子的构型保持不变 . 原因是:分子中电子跃迁的速度远比分子振动迅速, 在电子跃迁后的一瞬间,分子内的原子核的构型是来不及改变的。即电子跃迁过程中发生的是垂直跃迁。,1.4 影响紫外-可见吸收光谱的因素,1.4.2 共轭效应 (1)- 共轭效应 分子的吸收峰位和摩尔吸光系数与分子结构有着密切关系,有机分子随着共轭程度提高
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