Innere Umwandlung: Unterschied zwischen den Versionen
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'''Innere Umwandlung''' ([[Englische Sprache|engl.]] ''internal conversion'', „IC“) ist ein Begriff aus der [[Photochemie]] und der [[Spektroskopie]]. Er bezeichnet den isoenergetischen und daher | '''Innere Umwandlung''' ([[Englische Sprache|engl.]] ''internal conversion'', „IC“) ist ein Begriff aus der [[Photochemie]] und der [[Spektroskopie]]. Er bezeichnet den isoenergetischen und daher [[strahlung]]s<nowiki/>losen [[Energieniveau #Übergänge zwischen Energieniveaus|Übergang]] vom Schwingungsgrundzustand eines [[elektron]]isch [[Angeregter Zustand|angeregten]] [[Zustand (Quantenmechanik)|Zustands]] (z. B. S<sub>1</sub>) in einen hoch angeregten Schwingungszustand des nächsttieferliegenden elektronischen Zustands (z. B. des elektronischen [[Grundzustand]]s S<sub>0</sub>), ohne Änderung der [[Multiplizität]] (keine [[Spin]]<nowiki/>umkehr).<ref name=":0">{{Literatur|Autor=Dieter Wöhrle, Michael W. Tausch, Wolf-Dieter Stohrer|Titel=Photochemie: Konzepte, Methoden, Experimente|Hrsg=|Sammelwerk=|Band=|Nummer=|Auflage=|Verlag=Wiley-VCH|Ort=Weinheim|Datum=1998|Seiten=65-66|ISBN=3-527-29545-3}}</ref> | ||
Wenn sich die Multiplizität ändert, handelt es sich dagegen um ein ''[[Intersystem Crossing]]'': | |||
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! Multiplizität konstant | |||
! Multiplizität wird verändert<br />(langsam, da "verboten") | |||
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! mit Emission von Strahlung | |||
| [[Fluoreszenz]] <br />z. B. <math>S_1 \rightarrow S_0</math> | |||
| [[Phosphoreszenz]]<br />z. B. <math>T_1 \rightarrow S_0</math> | |||
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| [[Photophysikalischer Prozess #Strahlungslose Prozesse|Schwingungs- bzw. vibronische Relaxation]]*<br />z. B. <math>S_0^* \rightarrow S_0</math> und <math>T_1^* \rightarrow T_1</math> | |||
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! Energie konstant | |||
| '''Innere Umwandlung'''<br />z. B. <math>S_1 \rightarrow S_0^*</math> | |||
| [[Intersystem Crossing]]<br />z. B. <math>S_1 \rightarrow T_1^*</math> und <math>T_1 \rightarrow S_0^*</math> | |||
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)<!-- schließende Klammer maskiert wg. Klammer-QS -->* vom angeregten Schwingungszustand S<sub>x</sub>* eines bestimmten elektronischen Zustands in den jeweiligen Schwingungsgrundzustand S<sub>x</sub> | |||
Das [[Melanin]] der Haut und die [[Desoxyribonukleinsäure|DNA]] nutzen die innere Umwandlung, um die für den Organismus schädliche UV-Strahlung in unschädliche Wärme umzuwandeln. Diese ultraschnelle innere Umwandlung ist verantwortlich für den exzellenten [[Photoprotection|UV-Schutz]] dieser großen natürlichen Moleküle. | Innere Umwandlungen treten mit der größten Wahrscheinlichkeit in der Nähe von Schnittpunkten zweier [[Potentielle Energie|Potentialkurven]] auf. Gehört die zweite Potentialkurve zu einem ungebundenen [[Kontinuum (Physik)|Kontinuumszustand]], so tritt [[Dissoziation (Chemie)|Dissoziation]] ein. Andernfalls erfolgt durch innere Umwandlung der Übergang in einen vibronisch angeregten Zustand, der anschließend, unter Energieabgabe durch Stöße mit umgebenden Teilchen ([[Photophysikalischer Prozess #Strahlungslose Prozesse|Schwingungsrelaxation]]), strahlungslos innerhalb von 10<sup>−12</sup> Sekunden<ref name=":0" /> in den Schwingungsgrundzustand des jeweiligen elektronischen Zustands übergeht. | ||
Ist das Ausgangsniveau ein höher angeregter elektronischer Zustand (z. B. S<sub>4</sub>), so finden so lange hintereinander Innere Umwandlungen mit anschließender Schwingungsrelaxation statt, bis der tiefste elektronisch angeregte Zustand (S<sub>1</sub>) erreicht ist.<ref name=":0" /> Da große Moleküle mehr Vibrations[[moden]] als kleine haben, ist bei ihnen die Wahrscheinlichkeit für einen solchen Übergang i. A. höher. | |||
Eine Übersicht über die möglichen Übergänge gibt das nebenstehende [[Jabłoński-Schema]]. | |||
Das [[Melanin]] der Haut und die [[Desoxyribonukleinsäure|DNA]] nutzen die innere Umwandlung, um die für den Organismus schädliche [[UV-Strahlung]] in unschädliche Wärme umzuwandeln. Diese ultraschnelle innere Umwandlung ist verantwortlich für den exzellenten [[Photoprotection|UV-Schutz]] dieser großen natürlichen Moleküle. | |||
== Weblink == | == Weblink == | ||
[http://www.chemistry.ohio-state.edu/~kohler/dna.html Fast internal conversion in DNA] | * [http://www.chemistry.ohio-state.edu/~kohler/dna.html Fast internal conversion in DNA] | ||
== Einzelnachweise == | == Einzelnachweise == | ||
Aktuelle Version vom 15. Juli 2020, 16:41 Uhr
Innere Umwandlung (engl. internal conversion, „IC“) ist ein Begriff aus der Photochemie und der Spektroskopie. Er bezeichnet den isoenergetischen und daher strahlungslosen Übergang vom Schwingungsgrundzustand eines elektronisch angeregten Zustands (z. B. S1) in einen hoch angeregten Schwingungszustand des nächsttieferliegenden elektronischen Zustands (z. B. des elektronischen Grundzustands S0), ohne Änderung der Multiplizität (keine Spinumkehr).[1]
Wenn sich die Multiplizität ändert, handelt es sich dagegen um ein Intersystem Crossing:
| Multiplizität konstant | Multiplizität wird verändert (langsam, da "verboten") | ||
|---|---|---|---|
| unter Energieabgabe | mit Emission von Strahlung | Fluoreszenz z. B. $ S_{1}\rightarrow S_{0} $ |
Phosphoreszenz z. B. $ T_{1}\rightarrow S_{0} $ |
| strahlungslos | Schwingungs- bzw. vibronische Relaxation* z. B. $ S_{0}^{*}\rightarrow S_{0} $ und $ T_{1}^{*}\rightarrow T_{1} $ | ||
| Energie konstant | Innere Umwandlung z. B. $ S_{1}\rightarrow S_{0}^{*} $ |
Intersystem Crossing z. B. $ S_{1}\rightarrow T_{1}^{*} $ und $ T_{1}\rightarrow S_{0}^{*} $ | |
)* vom angeregten Schwingungszustand Sx* eines bestimmten elektronischen Zustands in den jeweiligen Schwingungsgrundzustand Sx
Innere Umwandlungen treten mit der größten Wahrscheinlichkeit in der Nähe von Schnittpunkten zweier Potentialkurven auf. Gehört die zweite Potentialkurve zu einem ungebundenen Kontinuumszustand, so tritt Dissoziation ein. Andernfalls erfolgt durch innere Umwandlung der Übergang in einen vibronisch angeregten Zustand, der anschließend, unter Energieabgabe durch Stöße mit umgebenden Teilchen (Schwingungsrelaxation), strahlungslos innerhalb von 10−12 Sekunden[1] in den Schwingungsgrundzustand des jeweiligen elektronischen Zustands übergeht.
Ist das Ausgangsniveau ein höher angeregter elektronischer Zustand (z. B. S4), so finden so lange hintereinander Innere Umwandlungen mit anschließender Schwingungsrelaxation statt, bis der tiefste elektronisch angeregte Zustand (S1) erreicht ist.[1] Da große Moleküle mehr Vibrationsmoden als kleine haben, ist bei ihnen die Wahrscheinlichkeit für einen solchen Übergang i. A. höher.
Eine Übersicht über die möglichen Übergänge gibt das nebenstehende Jabłoński-Schema.
Das Melanin der Haut und die DNA nutzen die innere Umwandlung, um die für den Organismus schädliche UV-Strahlung in unschädliche Wärme umzuwandeln. Diese ultraschnelle innere Umwandlung ist verantwortlich für den exzellenten UV-Schutz dieser großen natürlichen Moleküle.