Τι λέει η αρχή του Frank-Condon σε σχέση με τη φασματοσκοπία;
"Οι ηλεκτρονικές μεταβάσεις είναι πιθανότερο να συμβούν όταν η δονητική κατάσταση του μορίου δεν αλλάζει κατά τη διάρκεια της μετάβασης."
Ακολουθεί μια ανάλυση του τρόπου με τον οποίο ισχύει για τη φασματοσκοπία:
* Ηλεκτρονικές μεταβάσεις: Όταν ένα μόριο απορροφά το φως, ένα ηλεκτρόνιο διεγείρεται από χαμηλότερο επίπεδο ενέργειας σε υψηλότερο επίπεδο ενέργειας. Αυτή είναι μια ηλεκτρονική μετάβαση.
* Δονητικές καταστάσεις: Τα μόρια δεν είναι στατικές οντότητες. Δονείται, και αυτές οι δονήσεις κβαντοποιούνται, πράγμα που σημαίνει ότι μπορούν να υπάρχουν μόνο σε συγκεκριμένα επίπεδα ενέργειας.
* Επικάλυψη των δονητικών κυματοειδών λειτουργιών: Η αρχή του Franck-Condon εξαρτάται από την ιδέα ότι η πιθανότητα μιας ηλεκτρονικής μετάβασης είναι ανάλογη προς την αλληλεπικάλυψη μεταξύ των δονητικών κυματομορφών των αρχικών και των τελικών καταστάσεων.
* κατακόρυφες μεταβάσεις: Δεδομένου ότι οι ηλεκτρονικές μεταβάσεις συμβαίνουν πολύ πιο γρήγορα από τις δονητικές αλλαγές, οι πυρήνες είναι ουσιαστικά ακίνητοι κατά τη διάρκεια της μετάβασης. Αυτό οδηγεί στην έννοια των "κατακόρυφων μεταβάσεων" όπου η μοριακή γεωμετρία παραμένει σταθερή κατά τη διάρκεια της μετάβασης.
* ένταση φασματικών ζωνών: Η ένταση μιας φασματικής ζώνης (κορυφής) σε ένα ηλεκτρονικό φάσμα σχετίζεται άμεσα με την επικάλυψη των δονητικών κυματοδηγών. Οι πιο έντονες ζώνες αντιστοιχούν σε μεταβάσεις όπου η δονητική κατάσταση δεν αλλάζει (δηλ. Η επικάλυψη είναι μεγαλύτερη). Οι ασθενέστερες ζώνες αντιστοιχούν σε μεταβάσεις όπου μεταβάλλεται η δονητική κατάσταση (λιγότερη επικάλυψη).
με απλούστερους όρους:
Φανταστείτε ένα μόριο στην ηλεκτρονική κατάσταση του εδάφους του, που δονείται σε μια συγκεκριμένη συχνότητα. Όταν απορροφά το φως και υφίσταται μια ηλεκτρονική μετάβαση, το μόριο ξαφνικά βρίσκεται σε μια νέα ηλεκτρονική κατάσταση. Ωστόσο, οι πυρήνες δεν είχαν χρόνο να προσαρμόσουν τις θέσεις τους, οπότε το μόριο παραμένει στην ίδια δονητική κατάσταση για μια σύντομη στιγμή. Αυτό σημαίνει ότι η μετάβαση είναι πιο πιθανό να συμβεί σε μια δονητική κατάσταση που έχει παρόμοια γεωμετρία με την αρχική δονητική κατάσταση.
εδώ είναι το πώς εκδηλώνεται σε ένα φάσμα UV-Vis:
* Η πιο έντονη κορυφή: Αντιστοιχεί στη μετάβαση με τη μεγαλύτερη αλληλεπικάλυψη των δονητικών κυματομορφών (χωρίς δονητική αλλαγή).
* λιγότερο έντονες κορυφές: Εμφανίζονται σε κάθε πλευρά της πιο έντονης κορυφής, που αντιπροσωπεύουν μεταβάσεις όπου το μόριο αλλάζει τη δονητική του κατάσταση.
Συνέπειες της αρχής Franck-Condon:
* Βοηθάει να εξηγηθεί τα πρότυπα έντασης που παρατηρήθηκαν στα ηλεκτρονικά φάσματα.
* Μας επιτρέπει να συμπεράνουμε πληροφορίες σχετικά με τη μοριακή γεωμετρία σε διεγερμένες ηλεκτρονικές καταστάσεις.
* Χρησιμοποιείται στους θεωρητικούς υπολογισμούς για την πρόβλεψη φασματικών χαρακτηριστικών και την κατανόηση της μοριακής δυναμικής.
Η αρχή του Franck-Condon είναι ένα βασικό εργαλείο για την ερμηνεία των ηλεκτρονικών φασμάτων και την απόκτηση γνώσεων στη φύση των μοριακών ηλεκτρονικών καταστάσεων και των σχετικών δονητικών τρόπων.
