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

소개글

목 적
이 실험은 몇 개의 대칭 폴리 메타인 염료들의 가시광선 흡수 스펙트럼을 측정하고, 측정한 스펙트럼을 자유 전자 모델을 이용하여 해석하는데 그 목적이 있다.

이 론
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.

목차

목 적
이 론
실험기구 및 방법
-실험 기구
-실험 시약
-실험 방법
실험 결과
1, DATA
- 몰 농도(C) 구하기
- ε(몰 흡광계수) 구하기 ε= A/c l
- σ ( 적분 흡수 상수) 구하기
-f (oscillator strength)
- L 길이 구하기
- 이론적인 파장 구하기
- 이론 값과 실험 값 비교
고 찰

본문내용

-실험 방법
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.

고 찰
cryptocyanine 의 묽은 용액을 생각해보면, 이 분자들의 양이온은 두 개의 공명 구조를 갖는데, 이것은 두 개의 상태가 이온에 대한 파동함수에 동등하게 기여를 하고 있음을 뜻한다. 즉 다시 말하면 두 개의 상태가 다른 두 개의 상태가 아니라 두 개의 상태가 합쳐진 1.5중결합 이라는 하나의 형태로 나타난다는 것이다. 그래서 이 사슬을 따라 존재하는 모든 결합들은 결합차수가 1.5중으로 동등하다고 할 수 있는 것이다. 사슬의 탄소 원자에 존재하는 여분의 원자가 전자와 2개의 질소 원자에 남아 있는 3개의 전자들은 사슬을 따라서 움직이는 전자구름을 형성한다. 또한 결합은 분자가 planar 일 때만 가능하기 때문에 cryptocyanine 분자들은 평면에 존재한다고 할 수 있다. 또한 포텐셜 에너지는 사슬을 따라 일정하게 변함이 없다가 각 끝에서 무한대로 급격히 증가한다고 가정 할 수 있다.
스펙트럼의 가시광선 부분에서 흡수 스펙트럼은 분자의 바닥상태에서 들뜬 상태로의 전이에 해당되는데, 이때 가시광선 영역의 경우 그 에너지는 170 - 300 kJ/mol에 해당된다. 많은 물질이 가장 낮게 들뜬 상태가 300kJ/mol 이상이므로 흡수 스펙트럼이 가시광선 영역에서는 잘 나타나지 않는다. C-C나 C-H와 같은 단일 공유 결합에 있는 전자는 전자를 전이시키는데 많은 에너지를 필요로 한다. 따라서, 포화탄화수소는 자외선 영역의 160nm 이상의 대단히 높은 에너지 복사선의 흡수 스펙트럼이 관찰된다.

참고 자료

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