分子电子跃迁

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分子电子跃迁表示分子价电子从一个能级因为吸收能量时,跃迁到一个更高的能级;或者释放能量,跃迁到更低的能级的過程。如果起始能階的能量比最終能階的能量高,原子便會釋放能量(通常以電磁波的形式發放)。相反,如果起始能階的能量較低,原子便會吸收能量。釋放與吸收的能量等於這兩個能階的能量之差。

在此过程中的能量变化提供了分子结构的信息,并决定了许多分子性质如颜色。有关电子跃迁的能量和辐射频率的关系由普朗克定律决定。

一般,我们应用电子跃迁来说明单个原子,或单原子分子。当讨论多原子分子时,我们应用分子轨道理论。也可以视单个原子为单原子分子,将各种情况的电子跃迁统一到分子电子跃迁的框架下来。这里的能级是基于分子轨道理论提出的。

有机化合物中的电子跃迁在电磁频谱的紫外区或可见光区发生,可以由UV/VIS光谱测得。在HOMO σ带处的光子可被激发到 LUMO 的σ带。这个过程被写作σ → σ*跃迁。同样有电子从π键轨道激发至反π键轨道π*,写作π → π*跃迁。助色团的自由电子对被写为孤对电子n,孤电子对有自己的跃迁,如芳香π键跃迁。下列是已存在的分子电子跃迁:

  • σ → σ*
  • π → π*
  • n → σ*
  • n → π*
  • 芳香 π → 芳香 π*