Электронно-возбужденные состояния молекул.

Полная энергия молекулы Е складывается из энергии электронного возбуждения Е_е, колебательной энергии Е_v, и вращательной энергии Е_r. Таким образом, при поглощении кванта света молекулой полное изменение энергии составляет:

, .

Возможные электронные переходы и энергетические состояния молекулы обычно представляются в виде схемы уровней энергии, где каждый электронный уровень расщепляется на ряд колебательных подуровней, а каждый колебательный – на ряд вращательных (рис. 5.1).

Рис. 5.1. Электронные переходы и направления спинов электронов в различных состояниях молекулы. S₀ – невозбужденное состояние, S₁, S₂, T₁, T₂ – возбужденные синглетные и триплетные состояния. Около каждого электронного уровня показаны спины электронов.

На каждом заполненном энергетическом уровне может находиться только 2 электрона, имеющие противоположные собственные магнитные моменты (спины). Если невозбужденной молекуле сообщить энергию в форме кванта света, то произойдет переход одного электрона с основного заполненного уровня на один из более высоких незаполненных уровней. Молекула при этом оказывается в электронно-возбужденном состоянии. Обратный переход с нижних возбужденных энергетических уровней (S₁, T₁) на основной уровень (S₀) может сопровождаться испусканием фотонов - люминесценцией. Люминесценция, обусловленная переходом электрона с уровня S₁ на S₀, называется флуоресценции, а переходом с T₁ на S₀ - фосфоресценцией. Поглощение кванта света молекулой переводит ее из основного в электронно-возбужденное состояние. Молекула может оказаться в возбужденном состоянии не только за счет прямого поглощения кванта света, но и в результате ряда других процессов. Одним из них является безызлучательный перенос энергии от другой возбужденной молекулы. В результате такого, миграционного, переноса энергии возбужденная молекула донора D* энергии переходит в основное (невозбужденное) состояние D, а молекула акцептора энергии переходит из невозбужденного состояния A в возбужденное A*.

D* + A → D + A*

Миграция энергии может происходить между молекулами одного вещества и между хромофорными группами одной молекулы. В белках возможен перенос энергии возбуждения с одного аминокислотного остатка на другой. Например, с триптофана на тирозин.