[화학과 물리화학 실험] Particle in a box (입자의 운동에너지Ek)

소개

1. 실험 목적
몇 개의 대칭 폴리 메타인 염료들의 가시광선 흡수 스펙트럼을 측정하고, 측정한 스펙트럼을 자유 전자 모델을 이용하여 해석한다.
2. 실험 원리
2-1. 이론적 해석
가시광선 영역에서 스펙트럼의 흡수 띠는 어떤 분자가 바닥상태로부터 170~330kJ/mol 높은 들뜬 전자 상태로 전이될 때마다 나타난다. 많은 물질들에서 최저 들뜬 전자상태는 바닥상태보다 300KJ/mol이상에 존재하며 가시광선 스펙트럼은 관찰되지 않는다. 일반 적으로 색을 띤 (가시광선을 흡수하여) 이런 화합물들은 자유 라디칼 속의 홀 전자나 컨쥬게이션 유기분자 속의 π전자와 같이 약한 결합이나 비 편재 화된 전자들을 가지고 있다.
폴리메타인 염료에 대한 가시광선 흡수 띠는 폴리메타인 사슬을 따라서 존재하는 π전자들의 전자 전이로부터 생긴다. 이들 띠의 흡수 파장은 전자 에너지 준위들의 간격에 의존한다. 이들 염료들에 대해서 결합 궤도함수와 분자 궤도함수의 계산을 행하였으나 계산으로부터 예측된 값은 관찰된 값과 잘 일치되지 않는다. 여기서 Kuhn에 의해서 최초로 제안된 간단한 자유 전자 모델을 보이겠는데, 이 모델은 약간 과장된 가정이 포함 되어 있지만 컨쥬게이션 염료 같은 분자들 계는 상당히 잘 들어맞는다.

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목차

실험4. particle in a box
1. 실험 목적
2. 실험 원리
3. 실험기구 및 시약
4.실험방법
5. 실험결과
6. 고찰
7. References

본문내용

3. 실험기구 및 시약
- 실험 기구 : 분광 광도계, 큐벳, 부피플라스크, 스포이드, 증류수병
- 실험 시약 : 메탄올, 폴리메타인 염료
3,3-diethylthiacyanineiodide
3,3-diethylthiacarbocyanine iodide
3,3-diethylthiadicarbocyanine iodide
3,3-diethylthiatricarbocyanine iodide
J
Dye
구조식
0
3,3-diethylthiacyanineiodide
1
3,3-diethylthiacarbocyanine iodide
2
3,3-diethylthiadicarbocyanine iodide
3
3,3-diethylthiatricarbocyanine iodide
4.실험방법
① 염료 2.5mg을 50mL 부피플라스크에 녹여서 stock solution을 만 든 다
② stock solution을 1,0mL을 25mL 부피플라스크에 넣고 메탄올로 묽혀서 만든다.
③ 각각의 용액의 색깔을 기록한다.
④ 1cm 석영 셀을 이용해서 각각의 염료를 담고 UV-Visivle spectrometer에 실행한다.
⑤ 흡수가 없는 곳에서 긴 파장을 제한하고, 200nm 이하의 단 파장에서 spectrum을 기록한다.


Table 2은 이론적인 값을 계산한 것과 실험으로 측정한 값의 계산 값을 나타낸 것이다. 이론적인 값과 실험적인 값이 측정한 값과 차이가 있었다는 것을 확인하였고, J=0일 때는 이론값인 11Å보다 약7Å정도 작은 값으로 측정이 된 것을 확인 할 수 있었고, J=1일 때와 J=2일 때는 이론값에서는 4Å정도 차이를 보이지만 실제로 측정한 값에서는 10Å으로 똑같이 측정이 되어서 J=1일 때는 4Å정도, J=2일 때는 8Å정도 차이가 났다는 것을 확인 할 수 있었고, 특히 J=3일 경우에는 이론적으로 계산할 때의 파장보다 200nm정도 파장이 달랐고, 이론값인 19.6600Å보다 약 15Å정도 차이가 나는 것을 볼 수 있었다.

참고자료

· Gibert W. Castellan, PHYSICAL CHEMISTRY, Third edition, University of Maryland.
· Rovert H. Perry, Perry;s Chemical Engineer`s Hand book, 6th edition, Mc Graw-Hill, singapore, 1985