電荷轉移躍遷

電荷轉移躍遷

電荷轉移躍遷由分於的 某個部分轉移出一個電荷或其大部分電景的電子躍遷過程。 給出電荷者稱為電子給體,接受電荷者稱為電子受體、若接受電荷者為同一分子的另一部分,此過程稱為分子內電荷轉移;若發生於兩個分子之間則稱為分子間電荷轉移。典型的例子如給體一受體複合物或多色分子等。

基本介紹

電荷轉移躍遷是發生在基本上以不同原子為中心的分子軌道之間,這種躍遷經常發生在紫外區(但有例外),ClO 和SO 在紫外區的極強譜帶就屬於這類躍遷。有兩個重要的無機離子,MnO 和CrO ,它們的深色特徵不能歸因於d-d躍遷,因為Mn(Ⅶ)和Cr(Ⅵ)都沒有d電子。它們對可見光的強吸收也來自電荷轉移躍遷,大概是氧原子非鍵軌道上的電子向Mn或Cr的轉移(n→π*)。結果是金屬在激發態發生還原。在過渡金屬絡合物中,電荷轉移躍遷是常見的。

電荷轉移躍遷也可以發生在不同物種之間。在氣相,氧化鈉的離子對Na Cl 間發生電荷轉移躍遷,激發態是保持核間距不變的氯原子和鈉原子對。

電子轉移概念

分子之間產生電子躍遷的特例,即電荷轉移躍遷,它和光化學反應的關係也非常密切。電子給體(D)和電子受體(A)形成絡合體(電荷轉移絡合體)時,如果用光照射,則發生和D或A單獨存在時完全不同的光吸收。通過這種光的吸收,D的基態電子轉移到A的反鍵軌道,下圖表示的是電子轉移的概念。

電荷轉移躍遷示意圖 電荷轉移躍遷示意圖

在基態雖然不能形成電荷轉移絡合體,但在激發態卻有形成電荷轉移絡合體的例子。這種情況可用下圖來表示:

表達式 表達式

吸收光譜上雖並不表現出特殊的吸收,但在發射光譜中,由於能觀察到與A*和D*全然不同的發光而得知其存在。在感光性高分子的光化學反應中,有相當多的反應被認為是通過電荷轉移絡合體而進行的.還有,人們也在考慮著利用電荷轉移絡合體的光敏方法。

溶劑的影響

電荷轉移譜帶的位置同溶劑的性質有密切關係。在溶劑化能力強的溶劑中譜帶將發生藍移。這是因為溶劑分子的偶極矩總要對基態取相互作用最大的定向,使基態由溶劑化得到穩定化,能量比氣相時更低。在發生電荷轉移躍遷後,溶質的偶極矩必定要發生顯著變化,溶劑分子來不及重新排列,使激發態的能量比氣相時更高。電子躍遷的時間尺度約為10 s,而溶劑分子的運動約需10 s。因而溶劑化作用越強,電荷轉移躍遷能就越高。躍遷能Z(以kJ·mol 計)可以作為溶劑的溶劑化能力的量度。

下表是1-乙基-4-甲基甲醯基吡啶在25℃1大氣壓下的溶液中的躍遷能,Z值可以作為各個溶劑的代表。有趣的是,用光譜數據定義的Z值和用動力學方法定義的“溶劑極性”存在著相關的關係。 “溶劑極性“是由特丁基氯在溶劑中的分解速度測定的。

若干溶劑的Z值 若干溶劑的Z值

溶劑的介電常數同Z值不存在平行的關係。例如,上表中的甲醇和甲醯胺有大體相同的Z值,但它們的介電常數分別為32.6幫109.5。所以溶劑效應不能僅僅根據介電常數來說明。對吡啶的謀鹽,由於電荷轉移躍遷發生在吡啶正離子和負離子之間,在介電常數高的溶劑中,離子對的締合能力較弱,降低了電荷轉移躍遷發生的幾率。因此,電荷轉移譜帶的強變成為離子對締合程度的量度,並且同溶劑的介電常數有較密切的關係。當然,由於溶劑效應十分複雜,不論是Z值還是“溶劑極性。或介電常數都至多只能在預測變化趨勢上用作半定量的指標。

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