Các phương pháp phân tích vật lý trong hoá học

Khi một ánh sáng có tần số  phù hợp gặp một phân tử ở trạng thái gốc o thì ánh sáng có thể bị hấp thụ và phân tử được nâng lên trạng thái kích thích điện tử 1. Thông qua tự phát xạ, phân tử có thể trở về vị trí gốc cũ.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Các phương pháp phân tích vật lý trong hoá học GS. TSKH. TRẦN VĂN SUNGCÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH VẬT LÝ TRONG HOÁ HỌC 2011 1 CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH VẬT LÝ TRONG HOÁ HỌC Chương I Phổ tử ngoại, khả kiến (UV/Vis-spectrum) 1. Nguyên lý 1.1. Các bước chuyển điện tử  Sóng điện từ được biểu diễn bằng phương trình ν. = c  = bước sóng ν = tần số sóng c = tốc độ ánh sáng (c  2,998.1010 cm/giây trong chân không)  Một lượng tử của ánh sáng có tần số  sẽ có năng lượng là E = h h  6,63.1034 Jgiây (Js) (Planck-Wirkungsquantum)  Quan hệ qua lại giữa sóng điện từ và phân tử chất khi có hấp thụ ánh sáng trong vùng tử ngoại và khảkiến sẽ dẫn đến kích thích các điện tử của liên kết hoá trị 10 200 400 750 (nm) 10 200 400 750 Rơnghen Tử ngoại xa Tử ngoại Vùng khả kiến (nhìn thấy) Hồng ngoại gần * (cm1)       Trước đây bước sóng thường dùng Å (Angström), ngày nay : nm (1 nm = 107 cm, 109 m)  Thay vì  : s1 ta hay dùng số sóng ν* : cm1 1 v v*     c  Năng lượng : 1 eV = 23 kcal.mol1 = 96,5 kJ.mol1 = 8066 cm1 1000 cm1 = 12 kJ.mol1 1kJ.mol1 = 84 cm1 2  Khi một ánh sáng có tần số  phù hợp gặp một phân tử ở trạng thái gốc o thì ánh sáng có thể bị hấpthụ và phân tử được nâng lên trạng thái kích thích điện tử 1. Thông qua tự phát xạ, phân tử có thể trở về vịtrí gốc cũ. E = E(1)  E(o) = h  HÊp thô Ph¸t x¹ h  h Hình 1: Sự hấp thụ và phát xạ ánh sáng điện từ 1.2. Sự hấp thụ ánh sáng và phổ  Một ánh sáng có cường độ Io khi đi qua một chất đồng nhất  đẳng hướng có độ dày d thì sẽ bị hấp thụ(absorption). Ánh sáng sau khi đi qua lớp chất (truyền qua transmission) có cường độ : I = Io  Iabs d ®x dI =  .Idx dI : sự giảm cường độ I0 I dx : số gia (increment) của độ dày I d dI Tích phân :     dx I Io 0 Hình 2: Định luật Lambert-Beer Giải : I = Io.e d  = hằng số hấp thụ (đặc trưng cho môi trường đi qua)  Trong dung dịch loãng có nồng độ c ta thay :  = 2,303. . c  = hằng số hấp thụ phân tử I A= log o   .c.d I Độ hấp thụ A (Absorption, absorbance, extinction) không có thứ nguyên (đơn vị). d tính bằng cm, c :mol.l1 ;  : 1000 cm2.mol1 = cm2.mmol1) 3 Thường người ta cũng không ghi thứ nguyên của . *) Đây là nội dung cơ bản của định luật Bouguer (1728)  Lambert (1760)  Beer (1852) áp dụng choánh sáng đơn sắc và dung dịch loãng (c  102 mol.l1). Sự hấp thụ có tính cộng hợp (trừ trường hợp ngoại lệ) : n Io log  d  i ci Atổng = I i 1 *) Khi xác định độ hấp thụ cho tất cả các bước sóng () hoặc ν* và  theo định luật Lambert-Beer ta sẽđược đồ thị hấp thụ ε(ν *)hoặc () và đó là phổ UV/Vis. Ta có thể giải thích các vùng phổ (tức các bước chuyển điện tử dựa vào quỹ đạo phân tử hay còn gọi làorbital phân tử (MO). Từ các orbital không liên kết n (đôi điện tử tự do) một điện tử có thể được chuyển lên orbital trống phảnliên kết (anti - bind)* hoặc σ*. Bước chuyển điện tử này (tương đương vùng phổ) được ký hiệu là: E *   n  *     n *   n n *  n   Hình 3: Orbital phân tử và các bước chuyển điện tử Bảng 1 là các vùng hấp thụ của những nhóm mang màu (chromophore) biệt lập. Khi có ảnh hưởng lậpthể, hiệu ứng khác thì thay đổi vị trí hấp thụ. 4 ...