joniseringsenergi

joniseringsenergi, även känd som elektronbindningsenergi, bestämd av fotoelektronspektroskopi ger några av de mest detaljerade kvantitativa uppgifterna om elektronisk struktur av organiska och oorganiska molekyler. Jonisering definieras genom övergångar från marktillståndet för en neutral molekyl till jontillstånden (ekvation 2). Det finns två typer av joniseringsenergi: adiabatisk och vertikal joniseringsenergi. Adiabatisk joniseringsenergi av en molekyl definieras som den minsta mängd energi som behövs för att mata ut en elektron från den neutrala molekylen. Dessutom kan kallas skillnaden mellan energin i den neutrala molekylens vibrationella marktillstånd och positiv jon. Den andra typen: vertikal joniseringsenergi står för eventuella ytterligare övergångar mellan marken och det upphetsade vibrationstillståndet hos den neutrala molekylen. Den vertikala joniseringsenergin är den mest sannolika övergången. Frank-Condon-principen förklarar den relativa intensiteten hos vibrationsbanden för fotojoniseringsövergångar.

Koopmans teorem, som säger att negativet av egenvärdet av en upptagen orbital från en Hartree-Fock-beräkning är lika med den vertikala joniseringsenergin i jontillståndet som bildas av fotojoniseringen av molekylen. På grund av Koopermans sats visas joniseringsenergier vara direkt relaterade till molekylära orbitalers energier; det finns dock begränsningar för Koopmans sats.

under fotojoniseringsprocessen kommer utstötningen av en elektron att resultera i bildandet av en positiv jon (M+). Den energi som krävs för att orsaka utstötning av en elektron är känd som joniseringsenergi eller elektronbindningsenergi. Sammantaget kommer joniseringsenergi att bero på placeringen av elektronerna i stället för molekylens kärna. Eftersom elektroner är ordnade i orbitaler som omger atomkärnan kommer joniseringsenergin att vara högre eller lägre beroende på om elektronerna är belägna i kärnan eller valensskalet. Självklart kommer kärnelektroner, som ligger närmare kärnan, att kräva mer energi att matas ut. Dessutom har varje kemiskt element ett annat antal protoner i kärnan, vilket resulterar i en unik uppsättning joniseringsenergier för varje element. Genom att använda fotoelektronspektroskopi bestäms joniseringsenergin genom att subtrahera energin hos den inkommande fotonen från den uppmätta kinetiska energin hos den utstötta elektronen. Således är det möjligt att använda PES för att bestämma de kemiska elementen i ett okänt prov baserat på de observerade joniseringsenergierna i ett PE-spektrum.

placeringen av den utstötta elektronen kommer att faktor kraftigt i vilken typ av fotoelektronspektroskopi används. Röntgenfotoelektronspektroskopi (XPS) används för att mata ut elektroner från kärnan eller valensskalet. Provet som används i XPS kommer först att placeras i en ultrahög vakuumkammare för att förhindra att fotoner och emitterade elektroner absorberas av gaser. Då bombarderas provet med röntgenstrålar, vilket orsakar utstötning av elektroner. De utstötta elektronernas energier kommer att mätas genom deras spridning inom ett elektriskt fält. På grund av provets vakuummiljö kan XPS inte användas för vätskor. Dessutom kommer XPS att ge information om oxidationstillstånd för alla element som finns i provet, eftersom joniseringsenergierna hos kärnelektroner är något högre när ett oxidationstillstånd är närvarande.

UPS fungerar på liknande sätt som XPS, men använder fotoner, producerade av en ädelgasurladdningslampa, i spektrumets ultravioletta område. Ursprungligen användes UPS endast för att bestämma joniseringsenergierna hos gasformiga molekyler; men genom åren tillskrivs det också information till molekylernas elektroniska struktur.