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12.6 : 紫外可见光谱分子电子跃迁

在紫外可见 (UV-Vis) 光谱中,电磁辐射的吸收可用于探测分子的电子结构。该技术可深入了解分子电子跃迁的情况,特别是不同分子轨道之间电子的运动。如果穿过分子的电磁辐射能量恰好等于激发态和基态之间的能量差,则辐射会被吸收。在此过程中,分子中的电子从最高占据分子轨道 (HOMO) 跃迁到最低未占据分子轨道 (LUMO),从而移动到更高的能态。这种跃迁和所涉及的轨道类型对于理解分子如何与紫外可见光的相互作用至关重要。HOMO 和 LUMO 之间的能量差被称为带隙,通常介于 125 至 650 kJ/摩尔之间。

分子中负责吸收辐射的一组原子被称为发色团。当发色团发生结构变化时,分子吸收的能量和强度都会发生变化。具有不同化学结构的分子具有不同的带隙并吸收不同波长的辐射,从而产生不同的吸收光谱。

在分子轨道理论中,轨道的能级影响着可能发生的电子跃迁类型。通常,能量最低的占据分子轨道是 σ 轨道,对应于 σ 键。能量次之的是 π 轨道,然后是包含未共享电子对的非键合 (n) 轨道。最高能级则位于未占据或反键合轨道 (π* 和 σ*)。在电子跃迁期间必须考虑某些限制,称为选择规则。一项重要的选择规则规定,不允许发生涉及电子自旋量子数变化的跃迁。这种跃迁称为“禁忌”跃迁。一个常见的例子是从 n 轨道到 π* 轨道的跃迁,这在包含孤对电子的分子中尤为常见。

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UV Vis SpectroscopyMolecular Electronic TransitionsElectromagnetic RadiationChromophoreHOMOLUMOBandgapAbsorption SpectraMolecular Orbital TheoryElectronic TransitionsSelection RulesForbidden TransitionsEnergy States

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