물리화학실험 레포트 - 아이오딘 분자의 전자 전이

소개

"물리화학실험 레포트 - 아이오딘 분자의 전자 전이"에 대한 내용입니다.

목차

1. Title
2. Purpose
3. Theory
4. Chemicals & Apparatus
5. Procedure
6. Data & Results
7. Discussion
8. Reference

본문내용

Title : 아이오딘 분자의 전자 전이

Purpose : 아이오딘 분자의 가시광선 흡수 스펙트럼을 분광기를 통해 얻는다. 스펙트럼을 통해 분자의 전이와 관련된 바닥 상태(X1 ∑_g+)와 들뜬상태(B3 ∏0u+) 간의 전자 전이와 관련된 여러 분자 물리상수들을 얻는다. 물리상수들을 통해 potential의 근사를 시도한다. (구해야 할 데이터 : 아이오딘 분자의 UV-VIS spectrum, 결합 에너지, 전자 전이의 진동 파수, Morse potential의 매개변수, 힘 상수, 평형 결합길이)

Theory
Vibrational motion of molecules
분자는 전자기파를 흡수하면 들뜬 상태로 전이된다. 이 때 어떤 파장을 흡수하느냐에 따라 회전 운동, 진동 운동, 병진 운동, 전자의 전이, 또는 결합의 해리 등이 일어나며 변화를 가진다.

Figure 1. Vibrational potential of diatomic molecule
Figure 1은 이원자 분자의 internuclear separation에 따른 potential energy profile이다. 평형점으로부터의 거리가 매우 작은 지점에서는 이원자 분자가 harmonic oscillation model을 따르며 진동 운동을 한다고 생각할 수 있다. 이 때 potential energy는 이차곡선의 모양을 띤다 (V(r)≅1/2 〖((d^2 V)/(dx^2 ))〗_0 r^2). 이원자 분자를 이루는 두 원자의 질량이 다를 때 harmonic oscillation 운동을 하는 분자의 Schrödinger’s equation은 다음과 같다.

이 식을 풀면 quantized vibrational state에 대한 에너지를 얻을 수 있다.

Anharmonic oscillation (Morse potential)
실제 분자는 harmonic oscillation을 하지 않는다. 에너지가 일정 수준 이상이 되면 분자간 결합은 끊어져야 하는데 harmonic oscillation은 그것을 반영하지 못한다. 따라서 이원자 분자의 진동 운동은 실제로 anharmonic oscillation을 한다. 이것을 반영한 것이 Morse potential이다 (figure 1).

참고자료

· 대한화학회, 물리화학실험, 청문각, 개정판, 2000, p136-142
· McNaught IJ. The electronic spectrum of iodine revisited. Journal of Chemical Education. 1980 Feb;57(2):101.
· Peter Atkins 외 2인, 물리화학, 교보문고, 제11판, 2020, 416-424p