Фотохимия

Фотохимия — наука о химических превращениях, протекающих под действием света.

Законы фотохимии

• Фотохимические изменения происходят только под действием света, поглощаемого системой (закон Гротгуса-Дрепера, 1818—1843 гг.).
• Каждый поглощенный фотон в первичном акте способен активировать только одну молекулу (закон фотохимической эквивалентности Эйнштейна, 1912 г.).

Следующие два закона относятся в основном к фотохимии органических соединений и были сформулированы американским физиком М. Кашей.

• При поглощении каждого фотона молекулой имеется определенная вероятность заселения или самого нижнего синглетного (с мультиплетностью 1) состояния, либо самого нижнего триплетного (с мультиплетностью 3) состояния.
• В большинстве органических фотохимических процессов, протекающих в растворах, участвует либо первое возбужденное синглетное, либо первое возбужденное триплетное состояние.

Электронные переходы в молекуле

Диапазон волн, представляющий практическую ценность для фотохимии, включает в себя ближний ультрафиолет, видимую область и ограничен с длинноволновой стороны началом ИК-области, то есть это интервал длин волн от 190 до примерно 700—800 нм.

В этом диапазоне наблюдается изменение электронной энергии молекулы при поглощении кванта света, что является определяющим процессом для инициирования химической реакции.

Структура энергетических уровней молекулы

Молекула, переходя в возбужденное состояние, способна терять избыток энергии либо путём излучения, либо безызлучательно, либо вступив в химическое превращение — на преодоление активационного барьера. На рисунке показаны возможные электронные переходы, пунктиром обозначены те, которые происходят без излучения:

1. Возбуждение
2. Флуоресценция
3. Интеркомбинационная конверсия из состояния S₁ в T₁
4. Фосфоресценция
5. Интеркомбинационная конверсия из состояния T₁ в S₀

Процесс фотохимического превращения можно разделить на три стадии:

1. акт поглощения, при котором образуется электронно-возбуждённое состояние;
2. первичные фотохимические процессы, в которых участвуют электронно-возбуждённые состояния;
3. вторичные, или темновые реакции различных химических веществ, образующися в результате первчных процессов.

Значение фотохимии

Многие важнейшие процессы, происходящие в окружающей среде и в нас самих, имеют фотохимическую природу. Достаточно назвать такие явления, как фотосинтез, зрение и образование озона в атмосфере под действием УФ-облучения.

Литература

Н. Турро. Молекулярная фотохимия. М.:«Мир», 1967.

В статье использованы материалы из Википедии.