Spektroskopia dla (nie) kompletnie zielonych #12 Diagram Jabłońskiego

W poprzednim poście omówiliśmy sobie zjawisko Fluoro i Fosforoscencji. Dziś zajmiemy się czymś, co będziesz miał na milion dwieście pindziesiąt trzy procent na egzaminie: Diagram Jabłońskiego do narysowania i opisania.

Są dwie dobre wiadomości:

• Zła jest taka, że jest to dosyć trudne do zrozumienia i zapamiętania, trzeba to przeczytać i narysować kilka-kilkanaście razy.

• Dobra jest taka, że nie jest to nic nie do przeskoczenia, a jak się nauczysz to zgarniesz trochę punktów, bo to pytanie jest pewnikiem i może uratować Ci skórę na egzaminie ale też na laboratorium, bo przy elektronowej jest to pierwsze pytanie które zada Ci prowadzący.

• No i w bonusie jesteś Kozakiem jak pokazuje ten: demot:
  

Dobra, to pora zacząć nasz mini wykład, będzie krócej niż zwykle, ale będziesz musiał przeczytać to z pewnością kilka razy żeby dobrze zrozumieć.

Wykres będziemy omawiać w częściach, więc nic się nie bój, tak wygląda cały.

Pierwsze co musisz zrobić to narysować osie, ale nie do końca, niech oś X będzie zwykłą osią, zakończoną grotem, Napisz tam Energia lub E (jak masz profesora co się czepia to napisz "Energia"). Oś Y natomiast niech będzie poziomą linią, żadnych grotów, oznaczeń. To jest Diagram, a nie Wykres! Ok, dopisz obok oznaczenie S0 jak na obrazku.

Teraz pora na trochę teorii co się tam dzieje: otóż pierwszym zjawiskiem opisywanym przez Diagram jest absorpcja na poziom S2. Narysuj poziome linie, i poprowadź do nich proste strzałki jak na obrazku. To jest nasza absorpcja fotonu, pionowymi strzałkami będziemy zaznaczać przejścia promieniste.

Dobra, masz zaznaczone, ale 2 z nich są na wyższych poziomach niż powinny. Wobec tego dorysuj od nich strzałki zygakowate na najniższy poziom wzbudzony S2 (czyli tam gdzie trafiła pierwsza strzałka). Elektrony w przejściach bezpromienistych wytracają energię poprzez drgania.

Super, teraz wszystkie elektrony są tam gdzie powinny, i mogłyby wrócić do stanu S0 czyli poziomu podstawowego, ale nie mogą. dorysuj obok "1" tam gdzie ja. W opisie pod diagramem napisz, że jest to absorpcja z S0 na S2.

Brawo! ukończyłeś pierwszy etap!

Teraz będzie trochę trudniej. Elektrony są gotowe do drogi, ale mają zbyt dużą energię. Muszą ją jakoś zrzucić, w tym celu zajdzie przejście bezpromieniste (2) zwane konwersją wewnętrzną Dalej może się wydarzyć jedna z trzech możliwości. Na razie zajmiemy się kolejną konwersją wewnętrzną czyli przejściem bezpromienistym do stanu podstawowego. Nuda, zachowuje się tak masa związków, pochłaniają energię i oddają ciepło, żadnego świecenia ani nic.

Ok, to teraz rysowanie, narysuj sobie najpierw ze stanu wzbudzonego zygzakowatą linię trochę w prawo. Porysuj tam trochę poziomów w dół, ostatni zrób nieco szerszy. Następnie poprowadź z najwyższego zygzakowatą linią w dół przez wszystkie poziomy. Obok na osi zaznacz poziom S1.

Dobrze, teraz poprowadź zygzakowatą linię w lewo, znów zaznacz trochę poziomów aż do poziomu podstawowego S0. Dopisz oznaczenia, 2 będzie konwersją wewnętrzną prowadzącą do relaksacji na poziom S1, a 3 konwersją wewnętrzną prowadzącą do relaksacji na poziom S0.

Super, drugi etap z głowy, teraz przejdziemy do ciekawszych rzeczy!

Może się też zdarzyć tak, że absorpcja zajdzie od razu na stan S1. Narysuj strzałki pionowe od poziomu S0 do S1 i na jego wyższe poziomy. Następnie podobnie jak w S2 dorysuj przejścia bezpromieniste na najniższy poziom S1. I uwaga: teraz narysuj dość długie linie na d poziomiem podstawowym, dwie wystarczą. Elektrony ze stanu S1 przechodzą promieniście w zjawisku Fluorescencji na stan podstawowy, ale mogą obsadzić też jeden z wyższych poziomów, na razie się tym nie przejmuj, narysuj po prostu proste strzałki symbolizujące przejścia promieniste. Dorysuj cyfry 4 i 5. 4 - Absorpcja z S0 na S1. 5 - Fluorescencja.

Świetnie, jesteśmy praktycznie na finiszu.

Ok, wracamy do stanu S1. Trzecią opcją jest przejście międzysystemowe, zaznaczone za pomocą liczby 6 (oczywiście zapisz to w opisie diagramu). Narysuj zygzakowatą strzałkę, kilka poziomów w dół, zygzakowatą strzałkę w dół. Jest to stan T1 - Czyli Trypletowy wzbudzony, tutaj również może się zdarzyć kilka rzeczy, jednak my zajmiemy się najnudniejszą. Elektron ulega kolejnemu przejściu międzysystemowemu (zwanego też interkombinacyjnym) i trafia na stan podstawowy bez emisji fotonu. Przejście to zaznaczone jest liczbą 7.

Wspaniale, to już prawie koniec, ostatnie zdjęcie.

Dobra, oszukałem Was, ostatnie zdjęcie, ale najbardziej bogate. Jesteśmy sobie na T1 (zaznacz to bo ja zapomniałem długopisem). Najpierw narysuj proste strzałki w dół symbolizujące przejście promieniste. Jest to Fosforescencja zaznaczona liczbą 8. Dorysuj też zapomniane strzałki przejść bezpromienistych z wyższych poziomów stanu podstawowego. Następnie wróć do T1. Narysuj proste strzałki w górę, na kilka poziomów stanu T2 (jego oznaczenie też dopisz). Wiadomo, niech te co są na wyższych poziomach T2 wróca na najniższy T2. Z niego zajdzie konwersja wewnętrzna (10) i relaksacja.

Ostatecznie powinieneś otrzymać ładny i schludny wykres. Pamiętaj o odpowiednim umieszczeniu wysokości stanów. Prawidłowa kolejność (od dołu) S0, T1, S1, T2, S2!

Ok, masz więc wykres i oznaczenia. Bywa jednak, że będziesz musiał opisać zdarzenia. Napisz najlepiej coś podobnego do:

Foton jest absorbowany, następuje przejście promieniste do Stanu S2, Jeśli zostały wzbudzone elektrony na wyższy poziom S2, następuje bardzo szybka relaksacja na podstawowy poziom wzbudzonego stanu. Kolejnym krokiem jest również szybka konwersja wewnętrzna do stanu S1. Następnie następuje wytracenie energii poprzez wibracje na poziom podstawowy stanu S1. Stąd może nastąpić kolejna konwersja wewnętrzna doprowadzająca do relaksacji do stanu podstawowego S0

Innym zjawiskiem które może nastąpić jest szybkie przejście promieniste (Fluorescencja). Foton jest emitowany, a elektron wraca z stanu S1 na Stan S0. Proces ten jest dozwolony przez kwantową regułę wyboru. Jednakże jest jeszcze jedno możliwe zjawisko: Przejście międzysystemowe Do stanu T1. Elektron ulega relaksacji wytracając nadmiar energii i przechodzi na poziom podstawowy stanu T1. Stąd może ulec on ponownemu przejściu międzysystemowemu i relaksacji, wracając do stanu S0. Może też ulec przejściu promienistemu, wolniejszemu od Fluorescencji czyli Fosforescencji. Może również nastąpić absorpcja kolejnego fotonu w wyniku czego przejdzie na stan T2, skąd wytraci energię w wyniku konwersji wewnętrznej na T1 i relaksacji do poziomu podstawowego T1. Jeśli Elektron w czasie przejścia promienistego znajdzie się na wyższym poziomie stanu podstawowego - wytraci energię w wyniku relaksacji.

Źródła: - Podstawy spektroskopii molekularnej Z. Kęcki PWN Wydanie 3
To co musi wiedzieć każdy chemik ;)