Techniklexikon

Elektronenzustände mehratomiger Moleküle

Atom- und Molekülphysik, die verschiedenen Typen von elektronischen Energieeigenzuständen in mehratomigen Molekülen, die sich durch die Wechselwirkung der Bewegungen der Elektronen und Kerne des Moleküls ergeben. Für diese Niveaus bestehen drei charakteristische Anregungsmöglichkeiten:

1) Nichtbindende Elektronen, die am Zusammenhalt des Moleküls nicht beteiligt sind und zu einer chromophoren Gruppe des Moleküls gehören. Sie weisen eine charakteristische Lichtabsorption auf, die unabhängig von der Lage im Molekül ist. Beispiele sind die Carbonylgruppe C=O mit einem n  p*-Übergang bei 290 nm und die C=C-Doppelbindung mit einem p  p*-Übergang bei 180 nm.

2) Bindende Elektronen, deren Anregung zu einer Dissoziation führen kann.

3) Nichtbindende, delokalisierte Elektronen, wie z.B. bei aromatischen Verbindungen (Benzol, Naphtalin, Anthracen) und linearen Polyenen (Retinal, b-Carotin). Mit zunehmender Konjugationszahl verschiebt sich die Absorption zu längeren Wellenlängen. Der Elektronenübergang in angeregte Zustände lässt sich mit Hilfe des Modells von Elektronen im Kasten oder im eindimensionalen Potentialtopf veranschaulichen. Der Unterschied der Energieeigenwerte beträgt:

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Für die konjugierte Kette des b-Carotins mit n = 11 Doppelbindungen und der beobachteten längstwelligen Absorption bei 450 nm ergibt sich eine Länge des Potentialtopfs von 1,77 nm, was mit der Grössenordnung der Moleküllänge übereinstimmt.

Bei Charge-Transfer-Übergängen werden Elektronen durch Lichtanregung von einem Teil des Moleküls auf einen anderen übertragen. Ein Beispiel stellt das violette Permanganation  dar, bei dem die Absorption im Bereich zwischen 430 nm und 700 nm zu einem Elektronenübergang zwischen den Liganden (O-Atome) und den d-Orbitalen des Zentralatoms (Mn) führt.