Por que anéis aromáticos absorvem luz?

Tudo o que vemos absorve a luz (caso contrário, tudo o que vemos seria branco). Portanto, não surpreende que os anéis aromáticos também funcionem, pois podemos vê-los. Mas a pergunta não é feita da maneira correta.

HOMO-LUMO GAPS

Anéis aromáticos, especialmente os maiores, altamente conjugados #pi# sistemas, pequeno Lacunas HOMO-LUMO, que correspondem ao #"nb"->pi^"*"# ou de #pi->pi^"*"# transições (ou ambas), dependendo da configuração MO da molécula.

Por exemplo, a #pi_2->pi_4^"*"# or #pi_3->pi_5^"*"# transições correspondem ao HOMO#->#Transições LUMO de benzeno.

VAMOS EMITIDO, NÃO ABSORVIDO LUZ

Lembre-se de que absorvido a luz é NÃO o que vemos; vemos luz emitidadevido ao relaxamento dos elétrons excitados.

Ou seja, se apenas azul a luz é absorvida, vemos Laranja, a cor complementar. E se todos a luz é absorvida, vemos preto.

Acontece que alguns (mas não todos) anéis aromáticos fluorescentes têm lacunas de energia HOMO-LUMO que estão na faixa visível de frequências, emitindo assim luz visível sobre relaxamento dos elétrons excitados.

Neste diagrama, a molécula do anel de quatro benzenos (tetraceno) absorve a luz na faixa visível (#400~700# #"nm"#).

Mas você vê com base nas moléculas de anel de dois benzenos e anéis de três benzenos que nem todos os compostos aromáticos emitem luz visível ...

EXEMPLO INCOLOR

Por exemplo, a diacenogap de HOMO-LUMO calculado pelo (naftaleno) is #E_"gap"^"KS" ~~ "4.74 eV"#, Utilizando teoria da densidade funcional (pág. 17, com base na diferença de Kohn-Sham autovalores, portanto #"KS"#).

#"4.74 eV" xx (1.6027xx10^(-19) "J")/("1 eV") = 7.593xx10^(-19) "J"#

Agora, convertendo isso para #"nm"#, devemos pousar entre #400# e #700# #"nm"# somente se estiver no visível faixa de comprimento de onda. Vamos ver como isso funciona.

Lembre-se da equação para converter energia em comprimento de onda:

#mathbf(E) = hnu = mathbf((hc)/lambda)#

where:

• #E# is the energy in #"J"#.
• #h = 6.626xx10^(-34) "J"cdot"s"# is Planck's constant.
• #c = 2.998xx10^(8) "m/s"# is the speed of light.
• #lambda# is the wavelength in #"m"#.

Assim, obtemos:

#color(green)(lambda) = (hc)/E#

#= ((2.998xx10^(8) "m/s")(6.626xx10^(-34) "J"cdot"s"))/(7.593xx10^(-19) "J")#

#= 2.6160xx10^(-7) "m"#

#~~# #color(green)("262 nm")#

Está nas centenas de #"nm"#... mas não colorido. Não está na faixa visível de #400~700# #"nm"#.

EXEMPLO COLORIDO

Algo colorido é tetraceno, que são quatro anéis de benzeno conectados adjacentemente por suas ligações (e não por carbonos únicos).

O HOMO-LUMO gap para tetraceno dos cálculos de DFT (pág. 17) é considerado #E_"gap"^"KS" = "2.74 eV"#.

Portanto, o comprimento de onda correspondente é:

#color(green)(lambda) = (hc)/E#

#= ((2.998xx10^(8) "m/s")(6.626xx10^(-34) "J"cdot"s"))/("2.74 eV" xx (1.6027xx10^(-19) "J")/("1 eV"))#

#= 4.524xx10^(-7) "m"#

#~~# #color(green)("452 nm")#

Isso está absorvendo a luz azul, então parece laranja (veja o final da página).

E se estendermos a pentaceno (Anéis de benzeno adjacentes 5), teríamos #E_"gap"^"KS" = "2.19 eV"#, correspondente a #lambda ~~ "566 nm"#, E assim por diante.

Observe o padrão do papel:

#E_"gap, diacene"^"KS" ~~ "4.74 eV" harr "262 nm"#

#E_"gap, triacene"^"KS" ~~ "3.54 eV" harr "350 nm"#

#E_"gap, tetracene"^"KS" ~~ "2.74 eV" harr "452 nm"#

#E_"gap, pentacene"^"KS" ~~ "2.19 eV" harr "566 nm"#

#E_"gap, hexacene"^"KS" ~~ "1.78 eV" harr "696 nm"#

E TODOS estes estão no #200~700# #"nm"# intervalo, ou seja, o Faixa de comprimento de onda UV-Vis. No entanto, dessas cinco moléculas, apenas o tetraceno, pentaceno e hexaceno absorvem visível leve.

O gap HOMO-LUMO converge para cada vez maior conjugado #pi# sistemas e, portanto, é provável que os sistemas aromáticos maiores sejam coloridos.