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Si-C結合を切るのに必要な光の波長は?

hikaru_macの回答

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回答No.4

続投申し訳有りません.hikaru_macです. 詳しく検討してみました. jfcussonさんも調べていらっしゃいますが,まず,光の波長とエネルギーの関係は二つの重要な関係式から求まります. 一つは光の振動数とエネルギーで 一つは振動数と波長の関係式です. 光の振動数とエネルギーの関係は E=hν です. Eはエネルギー[J] hはプランク定数でh=6.626*10^-34[J s] ν(にゅー,ギリシャ文字)は振動数で[s^-1]です. 振動数と波長の関係は c=ν×λ (v=f×λの方がよく見るが,同じ意味) です. cは光速(光の速さ)でc=2.99792456[m/s]くらいです. λ(ラムダ,ギリシャ文字)は光の波長です.単位は[m]です. それからcalもJもエネルギーの単位ですが, この換算は 4.18 [J] = 1 [cal]です. これは今回は使いませんが,物理と化学の境目ではよく使います. さらに,kJ/molを1molあたりではなく結合一本あたりにするには アボガドロ定数(N)で割れば良いです.N=6.02*10^23です. 1molとはN個の事ですから,単純に割るだけで良いです. 以上を統合すると 結合エネルギーをQ[kJ/mol]とするとこれ1本あたりの結合エネルギーはまず Q × 1000 ÷ (6.02 × 10^23) [J] です. また E = h × ν と c = ν × λ より, λ = h × c / E となります. 波長λの光はEのエネルギーを持ちますので, 一本の結合のエネルギーQ × 1000 ÷ (6.02 × 10^23) [J]を切るには λ = h × c / { Q × 1000 ÷ (6.02 × 10^23) } [m] のエネルギーが必要という事になります. 光の波長は普通mではなくてnmで表現しますので λ = h × c / { Q × 1000 ÷ (6.02 × 10^23) } / 10^9 [nm] となります. 各値を代入して計算しますと λ = 1.20 × 10^5 / Q [nm]  (= 120000 / Q ) となります. 今回はQ=301 [kJ/mol]ですので λ = 398 [nm] です. しかし重要な問題が一つ残っています. jfcussonさんは活性化エネルギー(遷移エネルギーとも言うかもしれない)をご存知でしょうか. Si-C(結合状態)とSi + C (結合が切れた状態) のエネルギーの差と同じ大きさのエネルギーを与えても,反応は進みません. それは,活性化エネルギーを超える為のエネルギーが必要であるからです. しかしもしかすると今回の場合は,(Si-C)状態から(Si + C)状態へ遷移する際に,活性化エネルギーと自由エネルギー差は同じ程度と言えるのかもしれません.

jfcusson
質問者

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何度も回答ありがとうございます。 (レスがついたらメールで連絡が来ると思っていたのですが、メールがなくて見ていませんでした) 聞けばなるほどと思うことなのですが、 しばらく理系脳を使っていなかったもので‥‥。 結合一本あたり、でそろえて比較するのですね。 レスがついていないものと思って必死で本を読み漁って、 なんとか同様の結論には達したのですが、 そのあとの活性化エネルギーの議論も非常に重要な気がします。 この点については、全く考えていませんでした! そこで思ったのですが、私も1つ重要なことを書き忘れていたようです。 それは、Si-C結合を含む有機薄膜の測定時に、 そのサンプルを120℃まで加熱しているということです。 この加熱によってそれぞれの結合あたりに加えられるエネルギーを加味すると、 もしかしたら活性化エネルギーの山を越えているのかもしれません。 あるいはhikaru_macさんがおっしゃるように、 そもそも活性化エネルギーと自由エネルギーが同程度(という意味でしょうか?違っていたらすみません)なのかもしれません。 いずれにせよ、加熱と活性化エネルギーまで考慮した上で、 結合が切れる可能性があるのか議論しなければなりませんね。 いろいろとご教授ありがとうございました。 大変参考になりました。

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