Serapan UV-Vis

Halaman 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 membicarakan urutan orbital-orbital yang ada pada senyawa organik, akan terlihat bahwa diagram tersebut menunjukan energi relatif tiap orbital:

energi

Diagram di atas tidak menunjukan skala sebenarnya, melainkan hanya menunjukan kedudukan relatifnya terhadap orbital lain. Orbital ikatan mengandung pasangan elektron ikatan, orbital non-ikatan mengandung elektron tak berpasangan, orbital anti-ikatan tidak mengandung elektron (kosong).

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:

energi

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.

Perlu diketahui 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.

E = h v

dimana
E = energi
h = tetapan Planck
v = frekuensi cahaya

Dapat dilihat bahwa jika diinginkan lompatan energi yang tinggi, akan terserap sinar dengan frekuensi yang lebih tinggi. Frekuensi yang lebih tinggi, berarti energinya lebih tinggi.

Hal itu mudah – tetapi sayangnya spektra serapan UV-Vis selalu menggunakan panjang gelombang bukan frekuensi. Ini artinya bahwa perlu diketahui hubungan antara panjang gelombang dan frekuensi.

λ = c / v

dimana
λ = panjang gelombang
c = kecepatan cahaya

Dapat  dilihat dari persamaan ini bahwa frekuensi yang lebih tinggi akan mempunyai panjang gelombang yang lebih rendah.

Jadi, jika mempunyai lompatan energi yang lebih besar, zat akan menyerap sinar dengan frekuensi yang lebih tinggi – dapat dikatakan juga bahwa zat akan menyerap sinar dengan panjang gelombang yang lebih rendah.

Lompatan energi yang lebih besar akan menyerap sinar dengan panjang gelombang yang lebih rendah.

Lompatan Elektron

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.

elektron

Ingat bahwa lompatan yang lebih besar membutuhkan energi 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.