Spektroskopi II: Spektra Ultraviolet, Warna dan Pengihatan, Spektra Massa

Mungkin anda sebeumnya pernah beajar mengenai inframerah dan radiasi radiofrekuensi oeh senyawa organic dan bagaiman adsorpsi itu dapat digunakan dalam identisikasi struktur. Sedangkan daam tma kali ini saya akan membahastentang absorpsi cahaya ultraviolet dan cahaya yang tampak oleh senyawa organic. Spectra ultraviolet juga tampak digunakan dalam penetapan struktur. Lebih penting lagi, absorpsi cahaya tampak menghasilkan penglihatan.

Spectra Ultraviolet dan Tampak

Panjang geombang UV dan tampak jauh lebih pendek dari pada anjang gelombang radiasi inframerah. Satuan yang digunakan untuk memberikan panjang gelombang ini adalah nanometer (1 nm = 10^-7 cm). spectrum tampak terentang dari sekitar 400 nm(ungu) sampai 750 nm (merah), sedangkan spectrum uv terentang daro 100 sampai 400nm.

Kuantitas ebergi yang diserap oleh suatu senyawa berbanding terbalik dengan panjang gelombang radiasi:

radiasi inframerah merupakan radiasi yang benergi relative rendah. Absorpsi radiasi inframerah oleh suatu moeku mengakibatkan naiknya vibrasi ikatan-ikatan kovalen. Transisi molekul dari keadaan dasar ke suatu keadaan suatu vibrasi tereksitasi memerlukan energy sebesar 2 – 15 kkal/mol. Baik radiasi uv maupn radiasi cahaya tampak berenergi lebih tinggi dari pada radiasi inframerah. Absorpsi cahaya uv atau cahaya tampak mengakibatkan transisi elektronik, yaitu promosi electronelektron dari orbital keadaan dasar yang benergi rendah keorbital keadaan tereksitasi berenergi lebih tinggi. Transisi ini memerlukan 40 – 300 kkal/mol. Energy yang terserap selanjutnya terbuang sebagai kalor, sebagai cahaya atau tersaurkan dalam reaksi kimia.

Panjang gelombang cahaya uv atau cahaya tampak bergantung pada mudahnya promosi eektron. Moekul-molekul yang memerlukan lebih banyak energy untk promosi electron akan menyerap apda panjang gelombang yanga lebih panjang. Senyawa yang menyerap cahay dalam daerah tampak mempnyai electron yang ebih mudah dipromosikan daripada senyawa yang menyerap pada panjang gelombang uv yang lebih pendek.

Absorpsi pada 100 nm (uv)                          750 nm (tampak).

Suatu spektrofotometer uv atau tampak mempunyai rancangan dasar yang sama seperti spektrofotometer inframerah. Absorpsi oleh suatu sampel diukur pada berbagai panjang gelombang dan dialirkan oleh satu perekam untuk menghasilkan spectrum,

Karena suatu absorpsi suatu molekul terkuantisasi, maka absorpsi untuk transisi electron itu seharusnya tampak pada panjang-panjang gelombang diskrit sebagai suatu spectrum garis atau peak tajam. Spectrum uv maupn tampak terdiri dari pita absorpsi lebar pada daerah panjang gelombnag yang ebar ini. Disebabkanoleh terbaginya keadaan dasar dan keadaan eksitasi sebuah moleku daam sub tingkat rotasidanvibrasi. Transisi electron dapatb terjadi dari sub tingkat apa saja dari keadaan dasar ke sb tingkta dari keadaan eksitasi. Karena berbagai transisi berbeda sedikit sekal, maka panjang gelombang absorsinya juga berbeda sedikit dan menimbulkan pta lebar yang tampak dalam spectrum itu.

Tipe transisi electron

Akan kita tinjau tipetpe yang berlainan dari transisi electron yang menimblkan spectra uv atau tampak. Keadaan dasar suatu molekul organic mengandung electron-elektron valensi dalam tiga tipe utam orbital molekul: orbital sigma, orbital pi, orbital terisi tetpi tak terikat.

Electron 𝝈 H :CH3

Electron n CH3 ÖH

Electron π CH2 : :CH3

 

Baik orbital sigma maupun p dibentuk dari tumpan tindih dua orbital atom atau hybrid. Oleh karena itu maisng-masing orbital molekul ini mempunyai suatu orbital sigma* atau pi* antibonding yang berkaitan dengannya. Suatu orbital yang mengandung pi eektron tidak mempunyaisuatu orbital antobonding. Transisi-transisi electron mencakuppromosi suatu electron dari salah satu dari tiga keadaan dasar (sigma, pi atau electron terisi tapi tak terikat)

Absorpsi Oleh poliena

Dibutuhkan energy yang lebih renah untuk mempromosikan sebuah electron π  dari 1,3 butadiena dari pada untyk mempromosikan sebuah electron pi etilena. Ini disebabkan krena rendahnya selisih energy antara HOMO dan LUMO bagi ikatan rangkap terkonjungsi dibandingkan selisih ikatan rangkap menyendiri. Stabilisasi-resonansi keadaan eksitasi suatu diena terkonjungsi merupakan satu factor yang mengurangi energy keadaan eksitasi.

Karena di butuhkan energy yng lebih keci untuk suatu transisi dari π→π* dari 1,3 butadiena, diena ini menyerap radasi uv pada panhang grombang yang lebij panjang dari pada etiena. Makin banyka ikatan rangkap terkonjungsi ditambahkan pada suatu molekul. Makin keci energy yng diperlukan untuk mencapai keadaan tereksitasi pertama. Konjungsi yang cukup akan menggeser absorpsi ke anjang gelombang dalam daerah tampak dari spectrum itu; suatu senyawa dengan konjugasi yang cukup akn berwarna. Misalnya likopena, senyawa yang menyebabkan tomat berwarna merah, mempunya sebelas ikatan rangkapterkonjugasi.

 Absorpsi Oleh Aromatik

Benzene dan srenyawa aromatic lain memperaakan spectra yang lebih komplek dari pada diterangkan oleh transisi π→π*. Kompleksitas itu disebabkan oleh adanya beberapa keadaan seksitasi rendah. Benzene menyerap dengan kuat pada 184 nm dan pada 202 nm dan mempunyai sederet pita absorpsi antar 230-270 nm. Sering panjang gelombang 260 nm dilaporkan sebagai λ_max untuk benzene karena ituah posisi absorpsi terkuat pada panjang gelombang diatas 20 nm. Pelarut dan substituent pada cincin mengubah spectra uv enyawa benzena.

Adsorpsi radiasi uv oleh sernyawa aromatic yang terdiri dari cincin benzene terpadu bergeser ke panjang gelombng yang lebih panjang dengan bertambah banyaknya cincin itu, karena bertambahnya konjugais dan membesarnya stabilitas resonansi dari keadaan eksitasi.

Absorpsi yang ditimbulkan oleh transisi electron n

Tahkah engkau, senyawa yang mengandung nitrogen, oksigen, sulfur, fosfor atau saah satu haogen semuanya memunyai electron n menyendiri???....

Jika struktur itu memiiki ikatan π, electron n ini hany dapat mejalani transisi n → 𝝈*. Karena eektron n ini memiiki energy yang ebih tiggi daripada elektro 𝝈 atau π, maka diperlukan energy yang lebih tinggi dari pada electron n, dan trransisi terjadi pada panjang gelombang yang lebih anjang dari pada transisi 𝝈→𝝈*.

Warna dan Penglihatan

Warna memainkan perasaan penting dalam masyarakat sejak pertama kali megetahu baagiman amewarnai pakain dan benda-bemda lain. Warna merupakna hasil dari suatuperangkat kopleks dari respons faali maupun psikoogis terhadap panjang gelombang cahaya antara 400-750 nm, yang jaytuh pada selaput jala (retina) mata. Jika semua panjang gelombang cahaya tampak mengenai seaput jaa, akan diterima warna putih; jika tdak satupun yang mengenai selaput jala, maka akan diterima warna hitam atau kegeapan. Jika panjangbgelombang dengan rentang sempit jatuh pada selapt jala, akan diamati warna-warna individu.

Pengindraan waran ditimbulkan oleh berbagai proses fisis.  Contoh:

1.      Warna kuning-jingga nyala natrium ditimbulkan oleh pancaran cahaya dengan suatu panjang geombang 589 nm; dibsebabkanoleh kembalimya electron tereksitasi ke orbital-orbita energy rendah.

2.      Suatu prisma menyebabkan difraksi cahaya yang berubah-ubah menutrut panjang geombnahgnya; panjang gelombnang yangbterpisah-pisah kelihatan seperto pola pelangi.

Interferensi diakibatkan oleh dipantulkannya cahaya pada dua permukaan film yang sangat tipis.