Spektra Serapan UV

  • View
    100

  • Download
    6

Embed Size (px)

Text of Spektra Serapan UV

Spektra Serapan UV-TampakKata Kunci: absorbansi, panjang gelombang, sinar uv Ditulis oleh Jim Clark pada 02-11-2007 Bagian ini menjelaskan tentang apa yang terjadi ketika senyawa organik menyerap sinar UV atau tampak, dan mengapa panjang gelombang sinar yang terserap berbeda-beda untuk tiap senyawa. Apa yang terjadi ketika sinar diserap oleh molekul? Promosi elektron Ketika kita membicarakan urutan orbital-orbital yang ada pada senyawa organik pada bagian pendahuluan (lihat di atas), anda akan melihat bahwa diagram tersebut menunjukan energi relatif tiap orbital:

ngat bahwa diagram tersebut tidak menunjukan skala sebenarnya hanya menunjukan kedudukan relatifnya terhadap orbital lain. Ketika sinar melewati suatu senyawa, energi dari sinar digunakan untuk mendorong perpindahan elektron dari orbital ikatan atau orbital non-ikatan ke salah satu orbital anti-ikatan yang kosong. Perpindahan/lompatan elektron yang mungkin terjadi akibat adanya sinar adalah:

Pada tiap kemungkinan, suatu elektron tereksitasi dari orbital yang terisi penuh ke orbital anti-ikatan yang kosong. Tiap lompatan elektron memerlukan energi dari sinar, dan lompatan yang besar pasti membutuhkan energi yang lebih besar dari pada lompatan yang kecil. Tiap panjang gelombang sinar mempunyai energi yang khas. Jika besarnya energi tersebut cukup untuk membuat suatu lompatan, maka panjang gelombang akan diserap energinya akan digunakan untuk promosi satu elektron. Kita perlu mengetahui hubungan antara perbedaan energi dan panjang gelombang yang diserap. Apakah dengan perbedaan energi yang lebih besar sinar yang panjang gelombangnya lebih rendah akan diserap atau bagaimana? Akan lebih mudah jika diawali dengan melihat hubungan antara frekuensi sinar yang diserap dan energinya:

Anda dapat melihat bahwa jika anda menginginkan lompatan energi yang tinggi, anda akan menyerap sinar dengan frekuensi yang lebih tinggi. Frekuensi yang lebih tinggi, berarti energinya lebih tinggi. Hal itu mudah tetapi sayangnya spektra serapan UV-tampak selalu menggunakan panjang gelombang bukan frekuensi. Ini artinya bahwa anda perlu mengetahui hubungan antara panjang gelombang dan frekuensi.

Anda dapat melihat dari persamaan ini bahwa frekuensi yang lebih tinggi akan mempunyai panjang gelombang yang lebih rendah. Jadi . . . jika anda mempunyai lompatan energi yang lebih besar, anda akan menyerap sinar dengan frekuensi yang lebih tinggi dapat dikatakan juga bahwa anda akan menyerap sinar dengan panjang gelombang yang lebih rendah. Ringkasan penting

Lompatan energi yang lebih besar akan menyerap sinar dengan panjang gelombang yang lebih rendah. Beberapa lompatan yang penting dalam spektrometri serapan Suatu spektrometer serapan bekerja pada daerah panjang gelombang sekitar 200 nm (pada ultra-violet dekat) sampai sekitar 800 nm (pada infra-merah sangat dekat). Lompatan elektron yang mungkin menyerap sinar pada daerah itu jumlahnya terbatas. Lihat kembali pada lompatan yang mungkin terjadi. Sekarang, lompatan yang penting ditunjukan dengan panah hitam, dan yang tidak mungkin dengan warna abu-abu. Panah dengan titik-titik abu-abu menunjukan lompatan yang menyerap sinar di luar daerah spektrum yang kita amati.

Ingat bahwa lompatan yang lebih besar membutuhkan enrgi yang lebih besar dan menyerap sinar dengan panjang gelombang yang lebih pendek. Lompatan yang ditunjukan dengan tanda panah abu-abu menyerap sinar UV dengan panjang gelombang yang lebih rendah dari 200 nm. Lompatan yang penting diantaranya:

Dari orbital pi ikatan ke orbital pi anti-ikatan; Dari orbital non-ikatan ke orbital pi anti-ikatan; Dari orbital non-ikatan ke orbital sigma anti-ikatan.

Artinya untuk menyerap sinar pada daerah antara 200 800 nm (pada daerah dimana spektra diukur), molekul harus mengandung ikatan pi atau terdapat atom dengan orbital non-ikatan. Ingat bahwa orbital non-ikatan adalah pasangan elektron bebas, misalnya pada oksigen, nitrogen, atau halogen. Bagian molekul yang dapat menyerap sinar disebut sebagai gugus kromofor. Seperti apakah spektrum serapan Diagram berikut menunjukan spektrum serapan sederhana buta-1,3-diena molekul yang telah kita bahas sebelumnya. Absorbansi (pada sumbu tegak) adalah ukuran banyaknya sinar yang diserap. Nilai yang lebih tinggi, berarti lebih banyak panjang gelombang khas yang diserap.

Anda akan melihat puncak serapan pada 217 nm. Ini berada pada daerah ultra-violet dan tidak ada tanda yang menunjukan penyerapan pada daerah sinar tampak buta-1,3diena tidak berwarna. Anda mendapatkan puncak pada grafik dengan simbol "lambdamax". Pada buta-1,3-diena, CH2=CH-CH=CH2, tidak ada elektron non-ikatan. Artinya lompatan elektron yang terjadi hanya (dalam kisaran yang dapat diukur oleh spektrometer) dari orbital pi ikatan ke orbital pi anti-ikatan. Satu kromofor yang menghasilkan dua puncak Suatu kromofor seperti pada ikatan rangkap dua karbon-oksigen pada etanal, sebagai contoh, jelas memiliki elektron pi sebagai bagian dari ikatan rangkap dua, dan juga mempunyai pasangan elektron bebas pada atom oksigen. Artinya bahwa dimungkinkan terjadi dua penyerapan yang penting dari diagram energi terakhir. Anda akan mendapatkan satu elektron tereksitasi dari orbital pi ikatan ke orbital pi antiikatan, atau eksitasi elektron pasangan bebas pada oksigen (orbital non-ikatan) ke orbital pi anti-ikatan.

Orbital non-ikatan memiliki energi yang lebih tinggi daripada orbital pi ikatan. Artinya, lompatan elektron dari pasangan bebas pada oksigen ke orbital pi anti-ikatan memerlukan energi yang lebih rendah. Dapat diartikan juga elektron dari pasangan

bebas pada oksigen menyerap sinar dengan frekuensi yang lebih rendah dan karena itu panjang gelombangnya lebih tinggi. Karena itu etanal menyerap sinar dari dua panjang gelombang yang berbeda:

pi ikatan ke pi anti-ikatan puncak serapannya pada 180 nm; non-ikatan ke pi anti-ikatan puncak serapannya pada 290 nm.

Kedua serapan ini berada pada daerah ultra-violet, tetapi sebagian besar spektrometer tidak dapat membaca serapan pada 180 nm karena spektrometer tersebut bekerja pada kisaran 200 800 nm. Pentingnya konjugasi dan delokalisasi terhadap panjang gelombang yang diserap Perhatikan tiga molekul berikut:

Etena mempunyai ikatan rangkap dua karbon-karbon yang terisolasi, tetapi dua senyawa lainnya mempunyai ikatan rangkap dua yang terkonjugasi. Pada contoh ini, ada delokalisasi dari orbital pi ikatan pada semua molekul. Sekarang lihat pada panjang gelombang sinar yang diserap oleh masing-masing molekul.

molekul etena buta-1,3-diena heksa-1,3,5-triena

panjang gelombang serapan maksimum (nm) 171 217 258

Semua molekul memberikan spektra serapan UV-tampak yang sama perbedaannya hanya panjang gelombang serapannya makin tinggi dengan meningkatnya delokalisasi pada molekul. Mengapa? Anda dapat memikirkan apa yang terjadi.

Serapan maksimum bergeser ke panjang gelombang yang lebih tinggi dengan meningkatnya delokalisasi Karena itu serapan maksimum bergeser ke frekuensi yang lebih pendek dengan meningkatnya delokalisasi Karena itu serapan memerlukan energi yang lebih kecil dengan meningkatnya delokalisasi/font>

Karena itu perbedaan energi antara orbital ikatan dan orbital anti-ikatan makin berkurang dengan meningkatnya delokalisasi

. . . dan dari hal itu apakah yang terjadi. Bandingkan etena dengan buta-1,3-diena. Pada etena satu orbital pi ikatan dan satu orbital pi anti-ikatan. Pada buta-1,3-diena, ada dua orbital pi ikatan dan dua orbital pi anti ikatan. Hal ini telah dibahas secara detail pada bagian pendahuluan yang seharusnya sudah anda baca.

Orbital molekul berpasangan yang tertinggi (the highest occupied molecular orbital) sering disingkat HOMO pada contoh ini adalah orbital pi ikatan. Orbital molekul tak berpasangan yang terendah (the lowest unoccupied molecular orbital, LUMO) adalah orbital pi anti-ikatan. Perhatikan bahwa perbedaan energi antara orbital-orbital tersebut HOMO dan LUMO) makin kecil. Perbedaan ini menyebabkan energi yang diperlukan untuk mengeksitasi elektron pada buta-1,3-diena lebih rendah daripada etena. Pada heksa-1,3,5-triena, lebih rendah lagi.

Jika anda memperdalam hal ini untuk senyawa-senyawa dengan delokalisasi yang sangat besar, panjang gelombang yang terserap akan cukup tinggi dalam daerah spektrum sinar tampak, dan senyawa akan terlihat berwarna. Contoh yang baik adalah pigmen tanaman yang berwarna orange, beta-karoten yang ada pada wortel, sebagai contoh. Mengapa beta-karoten berwarna orange?

Beta-karoten mempunyai deretan delokalisasi seperti yang telah kita lihat, tetapi pada skala yang lebih besar dengan 11 ikatan rangkap dua karbon-karbon terkonjugasi bersama-sama. Gambar berikut menunjukan struktur beta-karoten dengan ikatan rangkap dua dan ikatan tunggal yang berselang-seling yang ditunjukan dengan warna merah.

Yang lebih terdelokalisasi, perbedaan energi antara energi tertinggi orbital pi ikatan dan energi terendah orbital pi anti-ikatan lebih kecil. Karena itu untuk mendorong elektron pada beta-karoten dibutuhkan energi yang lebih kecil daripada contoh-contoh molekul sebelumnya karena perbedaan tingkat energinya lebih rendah. Ingat bahwa energi yang rendah artinya sinar yang diserap frekuensinya lebih rendah dan hal itu ekivalen dengan panjang gelombang yang lebih panjang. Beta-karoten menyerap sinar pada daerah ultra-violet sampai violet tetapi lebih kuat pada daerah tampak antara 400 dan 500 nm dengan puncak 470 nm. Jika anda membaca bahasan tentang radiasi elektromegnetik, anda mungkin ingat bahwa panjang gelombang berhubungan dengan warna:

daerah warna ungu biru sian (biru-pucat) hijau kuning oranye merah

panjang gelombang (nm) 380 435 435 500 500 520 520 565 565 590 590 625 625 740

Jadi jika serapan paling kuat adalah dari violet ke sian, warna apakah yang dapat anda li