Untersuchung von Absorptionspektren mittels UV-VIS Spektroskopie

Inhaltverzeichnis:

1. Einleitung

2. Theorie

3. Durchfuhrung
3.1 Aufnahme der Basislinien
3.2 Spektrenaufnahme fur Anthracen und Naphtalin

4 Ergebnisse und Diskussion
4.1 Absorption von Anthracen und Naphtalin in n -Heptan
4.2 Polarisationsabhangige Absorption von Anthracen in n -Heptan
4.3 Polarisationsabhangige Absorption von Anthracen auf Polyethylenfolie

5 Theoretische Aufgaben und Diskussion
5.1 Bestimmung der Punktgruppe des Anthracens
5.2 Reduzible und irreduzible Darstellungen
5.3 Aufstellen der Projektionsoperatoren und Symmetrieadaptierten Orbitale (SAO)
5.4 Elektronische Ubergange

6. Literatur

7. Anhang

1. Einleitung

Mit ultraviolettem und sichtbarem Licht (UV/VIS) werden Elektronen angeregt. Bei organischen Substanzen können durch UV/VIS-Spektroskopie nur ungesättigte Systeme angeregt werden. Die UV/VIS-Spektroskopie ist also eine Methode zum Nachweis ungesättigter organischer Substanzen. Eine genaue Analyse von UV/VIS-Spektren ermöglicht Aussagen über die Bindungen im Molekül und wird schnell sehr anspruchsvoll.

Der sichtbare Spektralbereich reicht etwa von 400 bis 800 nm. Kurzwellig schließt sich der UV-Bereich an, der bis herab zu etwa 200 nm reicht. Unterhalb von 190 nm beginnt die Luft, das Licht zu absorbieren. Messungen unterhalb von 190 nm sind deshalb nur in evakuierten Systemen möglich, weshalb man dann von Vakuum-UV-Spektroskopie spricht. Die Zahlen zeigen, dass UVund VIS-Bereich jeder für sich eine Oktave des elektromagnetischen Lichtes umfassen. Die UV/VIS-Spektroskopie ist eine Elektronen-spektroskopie, d.h. es werden Elektronengenauer: Valenzelektronen angeregt. Gemäß dem MO-Schema spalten Orbitale bei Überlappung in ein bindendes und in ein antibindendes Orbital auf, wobei im Regelfall die Elektronen alle im bindenden Orbital Platz finden und das antibindende Orbital leer bleibt. Bei der Anregung der Elektronen wechseln diese in das antibindende Orbital. Da die Energieaufspaltung zwischen dem bindenden und dem antibindenden Orbital mit dem Ausmaß der Überlappung der Atomorbitale zunimmt, liefern σ-Orbitale eine erheblich größere Aufspaltung als π-Orbitale. Die Absorption fur einen σ → σ*-Übergang liegt deshalb im Vakuum-UV Bereich, wahrend π → π*-Übergänge im „normalen“ UV-Bereich liegen oder auch in den sichtbaren Bereich hineinragen können. Auch nicht bindende Elektronen, die Bestandteil der freien Elektronenpaare sind, können angeregt werden und zwar sowohl in die π*als auch in die σ*-Orbitale. Dabei ist für der n → σ*-Übergang wiederum mehr Energie erforderlich, weshalb dazu Strahlung auf der Grenze zw. „normalem“ und Vakuum-UV Bereich erforderlich ist, wahrend der n → π*-Übergang im UVund im sichtbaren Bereich liegen kann [1]. In diesem Bericht werden die Absorptionsspektren einer Anthracenund Naphthalin-Lösung mit jeweils zwei verschiedenen Konzentrationen in n -Heptan untersucht.

Außerdem wird die Absorption von Anthracen polarisationsabhängig in n -Heptan und auf einer gestreckten Polyethylenfolie gemessen und gekennzeichnet.

2. Theorie

Für die theoretischen Grundlagen der UV/Vis Spektroskopie wird auf den Praktikumsskript verwiesen. Die für die Auswertung relevanten Zusammenhänge und Methoden werden in den jeweiligen Abschnitten erklärt.

3. Durchführung

3.1 Aufnahme der Basislinien

Mittels eines Zweistrahlspektrometers wurde für n -Heptan, den Polarisator in waagerechter und senkrechter Stellung zur Tischebene und für die Polyethylenfolie in waagerechter und senkrechter Stellung des Polarisators, Absorptionsspektren im Bereich von 200 nm bis 450 nm aufgenommen, die als Basislinien für die Absorptionsspektren des Anthracens und Naphthalins in n -Heptan und auf der Folie dienen.

3.2 Aufnahme der Absorptionsspektren von Anthracen und Naphthalin

Fur zwei Losungen aus Naphthalin in n -Heptan der Konzentrationen 10-4 mol/L und 4,8 ∙10-6 mol/L wurden Absorptionsspektren im Wellenlängenbereich von 340-240 und von 250-200 nm aufgenommen. Außerdem wurde für zwei Losungen aus Anthracen in n -Heptan der Konzentrationen 10-4 mol/L und 4,8 ∙10-6 mol/L Absorptionsspektren im Wellenlängenbereich von 450-270 und von 270-230 nm bei waagerechter und senkrechter Polarisatorstellung aufgenommen. Des weiteren wurde ein Stuck gestreckte Polyethylenfolie in eine 1:20 verdünnte gesättigte Anthracen/Chloroform-Losung 15 min. lang eingelegt. Danach wurde sie entnommen, mit Ethanol gewaschen, getrocknet und die Absorptionsspektren im Wellenlängenbereich von 200 nm und 450 nm aufgenommen.

4 Ergebnisse und Diskussion

4.1 Absorption von Anthracen und Naphthalin in n-Heptan

Die Spektren der Naphthalinund Anthracen-Losungen wurden mit jeweils der konz. (10-4 mol/L) und (4,8 ∙10-6 mol/L) gegen die Basislinie von reinem n -Heptan korrigiert. Die Absorptionsspektren von Naphthalin sind in den Abb. 1 und 2 dargestellt, die von Anthracen in den Abb. 3 und 4. Die Zuordnung der Banden für Naphthalin ist in den Tabellen 1 und 2 , die für Anthracen in den Tabellen 3 und 4 aufgelistet

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Abb. 4.1: Absorptionsspektrum des Naphthalins in einer 10-4 molaren Naphthalin/ n -Heptan-Lösung.

Tab. 4.1: Tabelle. 1: Die Zuordnung der Banden des Naphthalin/ n -Heptanspektrums der Konz. 10-4 mol/L .

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Die Banden im Spektrum der Naphthalin/ n -Heptan-Lsg (Abb. 2) stimmen mit den Literaturwerten (Tabelle 2) gut unerein.

Abb. 2: Das Absorptionsspektrum der Naphthalin/ n -Heptan-Lsg der Konz. 4,6 · 10-6 mol/L.

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Die Banden im Spektrum der Naphthalin/ n -Heptan-Lösung (Abb. 2) stimmen mit den Literaturwerten (Tabelle 2) gut überein.

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Abb. 3: Das Absorptionsspektrum des Anthracen/ n -Heptan-Lsg der Konz. 10-4 mol/L.

Tabelle 3: Die Zuordnung der Banden des Anthracen/ n -Heptan-Spektrums der Konz. 10-4 mol/L.

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Im Anthracen/ n -Heptan-Spektrum (Abb. 3) sind nur drei Banden zu sehen. Die Literatur (Tabelle 3) gibt hierfür fünf werte an, die dem Übergang 1La nach Platt gehören. Die drei gemessenen Banden bei 341 nm, 356 nm und 375,6 nm stimmen ansonsten gut mit den Literaturwerten überein.

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Abb. 4: Das Absorptionsspektrum des Anthracen/ n -Heptan-Lsg der Konz. 4,8 · 10-6 mol/L.

Tabelle 4: Die Zuordnung der Banden des Anthracen/ n -Heptanspektrums der Konz. 4,8 · 10-6 mol/L.

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Die gemessenen Banden des des verdünnten Anthracen/ n -Heptanspektrums stimmen in guter Näherung mit den Literaturwerten überein.

4.2 Polarisationsabhängige Absorption von Anthracen in n-Heptan

Die Absorptionsspektren der Anthracen/ n -Heptan-Losung der Konz. 10-4 mol/L wurde von den Basislinien (Spektrum von n -Heptan und Absorption des Polarisators in horizontaler und vertikaler Stellung) subtrahiert. Die Abb. 5 zeigt das aufgenommene Spektrum des Anthracens in n -Heptan bei horizontaler und vertikaler Stellung des Polarisators. Die Zuordnung der Banden ist in Tabelle 5 aufgelistet.

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Abb. 5: Absorptionsspektrum der Anthracen/ n -Heptan-Losung der Konz. 10-4 mol/L, aufgenommen bei horizontaler (schwarze Kurve) und vertikaler (rote Kurve) Stellung des Polarisators.

Tab. 5: Banden/Übergangszuordnung des Anthracenspektrums Abb. 5 der Konz. 10-4 mol/L bei horizontaler (schwarze Kurve) und vertikaler (rote Kurve) Stellung des Polarisators.

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Die Polarisatorstellung beeinflusst die Intensität. Jedoch zeigen in Abb. 5 nur vier der von fünf Banden eine Intensitätsabnahme, daher wird vermutet, dass dies an Messungenauig-keiten in den Basislinien und/oder in den Anthracenspektren. Weitere Gründe für diesen Unterschied in der Extinktion, könnten Fettflecken an der Küvette durch, Verunreinigungen in der Losung oder an dem Polarisators sein. In einer Lösung schweben die Moleküle ungeordnet bzw. nicht in einer Vorzugsrichtung, weswegen die Polarisation des Licht keinen Einfluss auf Extinktion der Banden haben sollte.

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