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12.6 : 紫外可視分光法分子の電子遷移

紫外可視 (UV-Vis) 分光法では、電磁放射の吸収を利用して分子の電子構造を調べます。この技術により、分子の電子遷移、特に異なる分子軌道間の電子の移動について理解が深まります。分子を通過する電磁放射のエネルギーが励起状態と基底状態の間のエネルギー差と正確に等しい場合、放射は吸収されます。このプロセス中、分子内の電子は最高占有分子軌道 (HOMO) から最低空分子軌道 (LUMO) へ遷移し、より高いエネルギー状態に移動します。この遷移と関与する軌道の種類は、分子が紫外可視光とどのように相互作用するかを理解する上で重要です。HOMO と LUMO 間のエネルギー差は帯域ギャップと呼ばれ、通常は 125 ~ 650 kJ/mol の範囲です。

放射を吸収する分子内の原子群は、発色団と呼ばれます。発色団の構造が変化すると、分子の吸収エネルギーと強度の両方が変化します。異なる化学構造を持つ分子は帯域ギャップを持ち、異なる波長の放射線を吸収するため、異なる吸収スペクトルが生成されます。

分子軌道理論では、軌道のエネルギーレベルは、発生する可能性のある電子遷移の種類に影響します。通常、最もエネルギーの低い占有分子軌道は、σ 結合に対応する σ 軌道です。次にエネルギーが高いのは π 軌道で、その後に共有されていない電子対を含む非結合 (n) 軌道が続きます。最もエネルギーの高いレベルは、非占有または反結合軌道 (π* および σ*) にあります。電子遷移中は、選択規則と呼ばれる特定の制限を考慮する必要があります。重要な選択規則の 1 つは、電子のスピン量子数の変化を伴う遷移は許可されないというものです。このような遷移は「禁制」遷移と呼ばれます。一般的な例は、孤立電子対を含む分子でよく見られる n 軌道から π* 軌道への遷移です。

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UV Vis SpectroscopyMolecular Electronic TransitionsElectromagnetic RadiationChromophoreHOMOLUMOBandgapAbsorption SpectraMolecular Orbital TheoryElectronic TransitionsSelection RulesForbidden TransitionsEnergy States

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