물리화학실험 | Absorption spectrum of a conjugated dye

 

 

 

TIP

 

 

1. 대칭적인 conjugation 염료의 UV-Vis 흡수 스펙트럼을 분석하고 Free Electron Model을 이용해 해석한다.
2. Conjugated 된 Dye의 흡수 스펙트럼을 관찰하고 Partical in a box에서 얻어낸 식과 실제 실험에서 측정한 값을 비교해 본다
3. Conjugated dye의 가시광선 흡수 스펙트럽을 측정하고 측정한 스펙트럼을 “자유전자 모델”을 이용하여 분석한다

 

 

 

컨쥬게이션(Conjugation)

2개 이상의 다중결합이 단일결합을 하나씩 사이에 끼고 존재하며 이들 결합이 일정 정도 상호작용을 일으키는 현상으로서 이것은 불포화 결합 사이에 있는 단일 결합이 일정 정도 불포화 결합성을 보이기 때문에 일어난다.

 

 

이 상호작용은 공명에 기인한 것으로, 불포화 결합 사이에 끼인 단일 결합은 어느 정도 불포화 결합성을 보인다. 이중결합을 이루고 있는 π-bonding은 비교적 전자의 이동이 자유롭고 약한 결합력을 지니는데, 이중결합 사슬의 길이가 길수록 긴 파장의 빛을 흡수하게 되고 결국 짧은 파장의 색으로 보인다.

 

 

알킨이나 짝을 짓지 않은 다이인은 보통 200㎚이하에서 최대 흡광도를 갖는다. 짝지은 다중결합(컨쥬게이션)을 가진 분자로 된 화합물은 200㎚이상의 파장에서 최대 흡광도를 가지며, 한 화합물에 포함된 짝지은 다중결합의 수가 클수록 그 화합물이 흡수하는 빛의 파장은 길어진다. 8개 이상의 이중결합을 가진 폴리인은 스펙트럼에서 가시광선 영역의 빛을 흡수한다.

 

 

이중 결합 중 한 결합에 관여하는 전자는 파이전자이다. 컨쥬게이션 이중결합에서 이 파이전자는 사실 특정한 원자에 고정된 것이 아니고 사슬 전체를 따라 움직일 수 있다. 사슬의 길이가 길수록 파이전자는 보다 더 긴 거리를 움직일 수 있다. 자유전자 모델에 따르면 컨쥬게이션 된 이중결합 사슬의 길이가 길수록 작은 에너지를 가진 긴 파장의 빛을 흡수한다. 그래서 짧은 파장의 빛을 보이게 된다. 폴리메타인 염료에 대한 가시광선 흡수띠는 폴리메타인의 사슬에 따라 존재하는 파이 전자들의 전자전이에서 발생한다. 각 띠들의 파장은 각 에너지 준위의 간격에 의존한다.

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실험 방법

1. 실험 과정

1) Polymethine 염료 중 하나를 선택하고 용매로 메탄올을 사용하여 용액을 만들어 10ml를 준비한다. 농도는 거의 M이 되게 한다.

 

2) 가시광선 분광기 혹은 분광 광도계를 작동시켜 첫 번째 용액의 스펙트럼을 얻는다.

 

3) 흡수띠가 나타날 때까지 전 가시광선 영역(400～700㎚)에 걸쳐서 넓은 간격으로 흡광도를 읽는다. 그 다음 흡수띠 근처에서 더욱 근접한 간격으로 읽는다.

 

4) 처음 용액을 희석하여 스펙트럼을 다시 얻는다. 이러한 과정을 피크에서 약 1로 표시된 흡광도(투 광도 0.1)가 얻어 질 때까지 반복한다.

 

5) 가장 좋은 결과를 준 몰농도와 비슷하게 다른 염료 에 대해서도 용액을 10ml정도 만들어 같은 방식 으로 그것들의 스펙트럼을 얻는다.

 

6) UV분광광도계로 나온 λ(최댓값)과 이론적인 λ(최댓값)을 비교해보고 오차를 구한다.

 

 

 

[물리화학실험]Absorption spectrum of a conjugated dye 레포트