子相对于原子核的运动对应于电子能级能级跃迁产生紫.ppt
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1、子相对于原子核的运动对应于电子能级能级跃迁产生紫 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life, there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望二、分子的内能二、分子的内能 三种能级都是量子化的,且各自具有相应的能三种能级都是量子化的,且各自具有相应的能量,即电子能量量,即电子能量Ee 、振动能量、振动能量Ev 和转动能量和转动能量Er。分子。分子的内能则为三种能量之和,即:的内能则为三种能量之和,即: e+ v+ r 且且 e v r 分子从外界吸收能量后,就能引起分子能级的跃分子从外界吸收能量后,就能引起
2、分子能级的跃迁,即从基态能级跃迁到激发态能级。分子吸收能量迁,即从基态能级跃迁到激发态能级。分子吸收能量具有量子化的特征,即分子只能吸收等于二个能级之具有量子化的特征,即分子只能吸收等于二个能级之差的能量:差的能量: = E1E2 = h = hc/ 由此可计算某能量对应的波长,或某波长对应的由此可计算某能量对应的波长,或某波长对应的能量,比如能量,比如5eV对应的波长为:对应的波长为: = hc/E = 4.13610-15eVs2.9981010cms-1/5eV = 2.48 10-5cm= 248nm 1、电子能级的能量差电子能级的能量差 e : 120 eV之间。之间。 电子跃迁产生
3、的吸收光谱在紫外电子跃迁产生的吸收光谱在紫外可见光区,称紫外可见光区,称紫外及可见光谱或分子电子光谱。及可见光谱或分子电子光谱。 2、转动能级间的能量差转动能级间的能量差r:0.0050.0250eV 之之间。间。 跃迁产生吸收光谱位于远红外区跃迁产生吸收光谱位于远红外区 , 称远红外光谱或称远红外光谱或分子转动光谱;波长间隔约分子转动光谱;波长间隔约0.25nm。 3、振动能级间的能量差振动能级间的能量差v :0.025eV之间。之间。 跃迁产生的吸收光谱位于红外区,称红外光谱或跃迁产生的吸收光谱位于红外区,称红外光谱或分子振动光谱;波长间隔约分子振动光谱;波长间隔约5nm。前两者统称为红。
4、前两者统称为红外光谱或振转光谱外光谱或振转光谱.三、能级跃迁三、能级跃迁 电子能级间跃迁的同时,电子能级间跃迁的同时,总伴随有振动和转动能级间总伴随有振动和转动能级间的跃迁(图的跃迁(图9-1所示)。即所示)。即电子光谱中总包含有振动能电子光谱中总包含有振动能级和转动能级间跃迁,因而级和转动能级间跃迁,因而产生的产生的 谱线呈现谱线呈现宽谱带宽谱带。所以分子光谱是一种带状光所以分子光谱是一种带状光谱,它包含若干谱带系,一谱,它包含若干谱带系,一个谱带系含有若干谱带,同个谱带系含有若干谱带,同一谱带内又含有若干光谱线。一谱带内又含有若干光谱线。9.2 紫外吸收光谱分析简介紫外吸收光谱分析简介一、
5、有机化合物紫外吸收光谱的产生:是由分子中价电一、有机化合物紫外吸收光谱的产生:是由分子中价电子的跃迁而产生的。子的跃迁而产生的。1、价电子的种类:、价电子的种类: 按分子轨道理论,在有机化合物分子中主要有以下按分子轨道理论,在有机化合物分子中主要有以下几种不同性质的价电子:几种不同性质的价电子: 键电子:键电子:形成单键的电子称为形成单键的电子称为键电子;键电子; 键电子:键电子:形成双键的电子称为形成双键的电子称为键电子;键电子; n电子电子(p电子电子):O、N、S、X等含有未成键的孤对电子等含有未成键的孤对电子称为称为n电子(或称电子(或称p电子)。电子)。 当有机化合物分子吸收一定的能
6、量后,这些价电子当有机化合物分子吸收一定的能量后,这些价电子将跃迁到较高的能级,一般可将这些跃迁分为如下四类:将跃迁到较高的能级,一般可将这些跃迁分为如下四类: 1、NV跃迁跃迁:由基态轨道跃迁到反键轨道;:由基态轨道跃迁到反键轨道; 2、NQ跃迁跃迁:n电子激发到反键轨道的跃迁电子激发到反键轨道的跃迁 3、NR跃迁跃迁:是:是键电子逐步激发到各个高能级,最键电子逐步激发到各个高能级,最后电离成分子离子的跃迁(光致电离)。后电离成分子离子的跃迁(光致电离)。 4、电荷迁移跃迁:在光能激发下,某化合物中的电荷、电荷迁移跃迁:在光能激发下,某化合物中的电荷发生重新分布,导致电荷可从化合物的一部分迁
7、移至另发生重新分布,导致电荷可从化合物的一部分迁移至另一部分而产生吸收光谱。各种跃迁所对应的能量大小为:一部分而产生吸收光谱。各种跃迁所对应的能量大小为: * n * * n *各种跃迁所对应的能量大小如图所示:各种跃迁所对应的能量大小如图所示:即即 * n * * n *9.3 有机化合物的紫外吸收光谱有机化合物的紫外吸收光谱 根据电子跃迁讨论有机化合物中较为重要的一些紫根据电子跃迁讨论有机化合物中较为重要的一些紫外吸收光谱,由此可以看到紫外吸收光谱与分子结构的外吸收光谱,由此可以看到紫外吸收光谱与分子结构的关系。关系。一、饱和烃一、饱和烃: 分子通式为分子通式为CnH2n+2;只含有只含有
8、键电子,故只发生键电子,故只发生跃迁,出现在跃迁,出现在10200nm,即远紫外光区。,即远紫外光区。1、饱和烃、饱和烃 分子通式为分子通式为CnH2n+2;只含有只含有键电子,故只发生键电子,故只发生跃迁,吸收带出现在跃迁,吸收带出现在10200nm,即远紫外,即远紫外光区,光区,只能被真空紫外分光光度计检测到(因为波只能被真空紫外分光光度计检测到(因为波长长 160nm的紫外光被空气中的氧或玻璃吸收,故的紫外光被空气中的氧或玻璃吸收,故远紫外光也被称为真空紫外光)。远紫外光也被称为真空紫外光)。 如甲烷的如甲烷的max为为125nm,乙烷的乙烷的max为为135nm。 这类物质在紫外光谱分
9、析中常用作溶剂。这类物质在紫外光谱分析中常用作溶剂。 当饱和烷烃的分子中的当饱和烷烃的分子中的H被被O、N、S、X等杂原子取等杂原子取代时,由于这类原子中有代时,由于这类原子中有n电子存在,电子存在,n电子较电子较键电子键电子易于激发,使电子跃迁所需能量降低,则吸收峰向长波易于激发,使电子跃迁所需能量降低,则吸收峰向长波长方向移动,这种现象称为深色移动或红移,此时产生长方向移动,这种现象称为深色移动或红移,此时产生n跃迁。若吸收峰向短波方向移动则称为蓝移(紫跃迁。若吸收峰向短波方向移动则称为蓝移(紫移)。移)。 例如甲烷(例如甲烷(CH4)一般跃迁的范围在)一般跃迁的范围在125135nm,碘
10、甲烷(碘甲烷(CH3I)的吸收峰则在)的吸收峰则在150210nm(跃迁)跃迁)及及259nm( n跃迁)。跃迁)。 这种能使吸收峰波长向长波方向移动的杂原子基团这种能使吸收峰波长向长波方向移动的杂原子基团称为助色团。称为助色团。2、不饱和脂肪烃、不饱和脂肪烃 分子通式为分子通式为CnH2n+2;含有双键。即含有含有双键。即含有健和健和键电键电子,可发生子,可发生跃迁和跃迁和跃迁。跃迁。 这类化合物有孤立双键的烯烃(如乙烯)和共轭双这类化合物有孤立双键的烯烃(如乙烯)和共轭双键的烯烃(如丁二烯),它们含有键的烯烃(如丁二烯),它们含有键电子,吸收能量后键电子,吸收能量后产生产生跃迁。跃迁。 若
11、在饱和碳氢化合物中引入含有若在饱和碳氢化合物中引入含有键的不饱和基团,键的不饱和基团,将使这一化合物的最大吸收峰波长移至紫外及可见区范将使这一化合物的最大吸收峰波长移至紫外及可见区范围内,这种基团称为生色团。生色团是含有围内,这种基团称为生色团。生色团是含有或或n跃迁的基团。跃迁的基团。 具有共轭双键的化合物,由于生成大具有共轭双键的化合物,由于生成大键使键能降低,键使键能降低,所以吸收峰波长就增加,生色作用大为加强。所以吸收峰波长就增加,生色作用大为加强。 K吸收带:吸收带:共轭双键中共轭双键中跃迁所产生的吸收带称跃迁所产生的吸收带称为为K吸收带。它的波长及强度与共轭体系的数目、位置、吸收带
12、。它的波长及强度与共轭体系的数目、位置、取代基的种类等有关。共轭双键愈多,深色移动愈显著,取代基的种类等有关。共轭双键愈多,深色移动愈显著,甚至产生颜色,据此可以判断共轭体系的存在情况,甚至产生颜色,据此可以判断共轭体系的存在情况,这这是紫外吸收光谱的重要应用是紫外吸收光谱的重要应用。 图图9-4是乙酰苯的紫外吸收是乙酰苯的紫外吸收光谱。其中:光谱。其中:K吸收带:吸收带:是羰是羰基与苯环的共轭双键引起的;基与苯环的共轭双键引起的;R吸收带:吸收带:生色团或助色团中生色团或助色团中n跃迁引起的。跃迁引起的。R吸收带是吸收带是相当于生色团及助色团中相当于生色团及助色团中n跃迁引起的;跃迁引起的;
13、B吸收带:吸收带:是苯环是苯环吸收带。吸收带。3、芳香烃、芳香烃 芳香族化合物为环状共轭体芳香族化合物为环状共轭体系。图系。图9-5为苯的紫外光谱,为苯的紫外光谱,由此可见:由此可见:E1、E2吸收带:是吸收带:是芳香族化合物的特征吸收,苯芳香族化合物的特征吸收,苯环结构中三个乙烯的环状系统环结构中三个乙烯的环状系统的跃迁产生的。的跃迁产生的。 若苯环上有助色团,若苯环上有助色团,E2吸收吸收带向长波长方向移动;若有生带向长波长方向移动;若有生色团取代且与苯环共轭,则色团取代且与苯环共轭,则E2吸收带与吸收带与K吸收带合并且发生吸收带合并且发生深色移动。深色移动。 B吸收带(精细结构吸吸收带(
14、精细结构吸收带收带-五指峰):五指峰): 这是由于这是由于跃迁和苯跃迁和苯环的振动重叠引起的。苯环的振动重叠引起的。苯吸收带的精细结构常用来吸收带的精细结构常用来辨认芳香族化合物。辨认芳香族化合物。二取代苯的两个取代基在二取代苯的两个取代基在对位时,对位时,max和波长都较大,和波长都较大,而间位和邻位取代时,而间位和邻位取代时,max和波长都较小。如果对位和波长都较小。如果对位二取代苯的一个是推电子二取代苯的一个是推电子基团,而另一个是拉电子基团,而另一个是拉电子基团,深色移动就非常大。基团,深色移动就非常大。9.4无机化合物的紫外吸收无机化合物的紫外吸收 无机化合物的电子跃迁形式有电荷迁移
15、跃迁和无机化合物的电子跃迁形式有电荷迁移跃迁和配位场跃迁配位场跃迁 一电荷转移跃迁:一电荷转移跃迁: 吸收谱带吸收谱带200400nm;当分子形成配合物或;当分子形成配合物或分子内的两个大分子内的两个大体系相互接体系相互接近时,近时, 外来辐射照射后,电荷可以由一部分转移到外来辐射照射后,电荷可以由一部分转移到另一部分,而产生电荷转移吸收光谱。一般可表示另一部分,而产生电荷转移吸收光谱。一般可表示为为276/:二、配位场跃迁二、配位场跃迁 形式:有形式:有d-d跃迁和跃迁和f-f跃迁;由于这两类跃迁须跃迁;由于这两类跃迁须在配体的配位场作用下才有可能产生,因此称之为在配体的配位场作用下才有可能
16、产生,因此称之为配位场跃迁。配位场跃迁。 波长范围通常在可见光区,且摩尔吸收系数波长范围通常在可见光区,且摩尔吸收系数很很小,对定量分析意义不大,但可用于研究无机配合小,对定量分析意义不大,但可用于研究无机配合物的结构及其键合理论等方面。物的结构及其键合理论等方面。9.5 溶剂对紫外吸收光谱的影响溶剂对紫外吸收光谱的影响(溶剂效应溶剂效应) 有些溶剂,特别是极性溶剂,对溶质吸收峰的有些溶剂,特别是极性溶剂,对溶质吸收峰的波长、强度及形状可能产生影响波长、强度及形状可能产生影响 (参表(参表9-5) 这是因为:这是因为:1.溶剂和溶剂和溶质间形成氢键;溶质间形成氢键;2.或溶或溶剂的偶极使溶质的
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- 相对于 原子核 运动 对应 电子能级 能级 跃迁 产生
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