Transcript Absorption, Lambert, Boltzmann, Extinction

정보재료화학
Absorption, Extinction, Lambert-Beer’s Law
& Boltzman distribution
2조
배명제, 남보라, 김태경, 김석규
개
1. 분자의 에너지 전이
- Absorption / Emission
- Fluorescence / Phosphorescence
2. Lambert-Beer’s Law
- Lambert 법칙
- Beer 법칙
- Lambert-Beer 법칙
요
3. Exitinction coefficent (몰흡광계수)
4. Boltzman distribution
- Boltzmann 분포
- Boltzmann 분포식과 그 응용
- 레이저의 원리
분자의 에너지 전이
•
Absorption
•
Emission
•
Fluorescence
•
Phosphorescence
분자의 에너지 전이 (계속)
1. 흡수 (Absorption)
Singlet electronic
Excited state
흡수된 광자는 분자를 그 에너지만큼 더 높은 에너지 단계로
끌어올린다. 이를 에너지 전이라고 한다. 서로 다른 전자적
에너지 상태간의 직선 이동으로 표시된다
Triplet electronic
Excited state
2. 방출 (Emission)
분자가 높은 에너지상태에서 더 낮은 에너지상태로 이동할
Potential Energy
때 그 차이에 해당되는 에너지가 방출되는데 이 에너지에
상응하는 파장의 전자기파 형태로 방출되는 경우를 말한다.
a) 비전자기파적 에너지 방출
Singlet electronic
Ground state
한 분자 내에서는 진동/회전(vibration/rotation) 에너지로
나타나며 분자들간의 충돌로 인한 경우 대개 열의 발산으로
나타난다.
b) 전자기파적 에너지 방출
① Fluorescence (형광)
② Phosphorescence (인광)
Interatomic distance along critical coordination
Lambert-Beer’s Law
1. Lambert 법칙 : 흡수된 빛의 분율은 시료의 두께(b)에 비례
t
Lambert-Beer’s Law (계속)
Lambert-Beer’s Law (계속)
2. Beer 법칙 : 흡수된 빛의 분율은 물질의 농도(C)에 비례
용질의 농도를 증가시키는 것은 물질의 두께를 증가시키는 것과 같은
효과. 따라서, 식 ⑤의 k는 농도(C)에 비례하므로, 다음과 같은 식을
얻을 수 있다.
Lambert-Beer’s Law (계속)
2. Lambert-Beer 법칙
Exitinction coefficent
특정 파장을 지닌 빛이 시료를 통과할 때의 흡광도(A)는 시료의 농도(C)와
1.
통과 거리(b)에
비례하는데 그 비례 상수는 ε(molar extinction coefficient,
단위는 mol-1cm-1)이다.
분자흡광계수(ε)는 흡광 물질의 고유한 특성으로 볼 수 있다.
Exitinction coefficent (계속)
Boltzmann 분포
정의 : 임의의 온도에서 각종 에너지 상태의 개체수의 분포를 계산
1023개의 분자를 이용 수백만번 실험을 통해 Boltzmann 분포가
매우 정확하다는 것을 증명
T = 0 오직 최저 에너지 상태만 점유
T > 0 열
낮은 에너지 상태의 분자 →
높은 에너지 상태로 들뜸
T (온도 올라갈때)
일부 분자 높은 에너지 상태로 들뜸
(온도가 높아질수록 점점 더 많은 분자들이
높은 에너지상태 점유)
낮은 상태 E 개체수 ≥ 높은 상태 개체수
Boltzmann 분포 (계속)
Boltzmann 분포식
Ni : 에너지 Ei 를 갖는 상태에 속하는 분자수
N : 총분자수
k : 볼츠만상수
q : 분배함수
응용의 예 : 에너지 차이가 E인 두 상태에 분포하는 분자들의 상대적인 수를 계산
두상태 E가 각각 E1, E2일때
따라서 상위 상태의 상대적인 밀도는 하위 상태와의 에너지 차이에 대하여 지수적으로 감소
바닥 전자 상태와 들뜬 전자 상태사이의 에너지 간격 3eV, 이것은 300kJ/mol 25°c(298K)의
시료에서 두 상태 개체수 비는 약 e-121 즉 10–53 이며 따라서 시료속의 거의 모든 원자들 바닥
상태이다.
따라서 바닥상태의 분자중 1%를 위로 들뜨게 하려면 104°c 올라야 한다.
Boltzmann 분포 (계속)
레이저의 원리
(a) 바닥상태에 더 많은 원자들이 몰려 있
는 Bolzmann 분포의 상태 밀도
(b) 초기의 흡광에 의해서 개체수 역전이
일어난다
(c) 한 광자가 방출되면 이것이 다른것을
유발 방출시키고, 이들이 다른 것들을
유발 방출시키고하여 마침내 복사선
이 폭포처럼 쏟아져 나오게 된다.
이 복사선은 부합성이다