[일반화학실험] 화학발광의 이해

1. 제목 : 화학발광의 이해
2. 목표: 화학반응으로 발광시켜 화학발광을 이해한다.

3. 이론
1) 발광
1-0) 단일항과 삼중항

• 단일항: 바닥 상태의 전자와 들뜬 상태의 전자 운동량이 완전히 반대인 상태. 즉 스핀이 반대이다.
• 삼중항 : 두 전자의 운동량이 같은 방향을 갖는 상태.

1-1) 광발광 : 발광원이 외무

• 형광: 즉시 빛을 발산. 같은 스핀 양자수를 갖는 상태의 복사전이. singlet to singlet. 수명은 인광보다 짧고 에너지는 더 크다. 
• 인광: 시간이 흐른 뒤 빛을 방출한다. 형광보다 수명이 길다. 계간 교차를 통해 삼중항 상태에서 발광이 일어난다. triplet to singlet.
  • 계간교차(intersystem crossing): 들뜬 단일항 상태에서 들뜬 삼중항 상태로 옮겨가는 것. 물리적으로 금지되어있어 일반적인 유기분자 내에서는 잘 일어나지 않는다. 

1-2) 화학발광: 화학반응에서 빛 에너지가 발생하는 것. 들뜬 상태의 화학종이 바닥상태로 되돌아올 때 빛을 방출한다. 발광원이 내부에 있다. 비복사를 잘 일으키지 않으며 빛을 잘 방출하지 않는 화학반응이 만들어낼 수 있다. 화학 반응이기에 반응 속도가 온도, 용액의 조성, 화학종 등에 민감하다. ex)반딧불이.

2)

• 완화, 감쇠 : 높은 상태에서 낮은 에너지 상태로 내려오는 열 변환. 주위에 열을 방출하며 바닥상태로 전이하는 것이다.
• 비복사 감쇠: 빛을 방출하지 않으며 바닥상태로 떨어지는 것.
• 내부 전환: 전자 들뜸 상태에서 분자 구조의 조정 과정을 거치며 조금 낮은 에너지의 전자 들뜸 상태가 되는 것. 이로 짧지만 수명이 늘어난다.

3) 루미놀의 화학 발광 : 염기성 탄산염 수용액에서 촉매가 있을 시 루미놀은 쉽게 산화되어 삼중항 상태의 중간체를 만든다. 이가 단일항 상태의 바닥상태로 떨어지며 빛이 방출된다.

4) 빛 에너지와 파장의 관계

4. 실험기구 및 시약 생략
5. 실험과정 생략
6. 결과 생략
7.토의

• 루미놀과 과산화수소수의 농도가 높을수록 빛의 세기가 강하고, 오래 지속되었다고 생각.
• 루미놀의 형광이 푸른 빛이므로 약 550nm라 추측할 수 있다.
  • 형광과 인광의 차이.