Fotohemija

Fotohemija ili fotokemija, poddisciplina hemije koja izučava hemijske reakcije koje se odvijaju uz apsorpciju svetla na atomima ili molekulima. Primeri fotohemijskih reakcija iz svakodnevnog života su fotosinteza, degradacija plastike i formiranje Vitamina D uz pomoć sunčeve svetlosti.

Principi

Svetlost je tip elektromagnetne radijacije, izvora energije. Po Grotus–Drejperovom zakonu hemijska supstanca mora da absorbuje svetlost da bi došlo do fotohemijske reakcije. Jednim fotonom apsorbovane svetlosti se može aktivirati jedan molekul, ili manje, u zavisnosti od kvantnog prinosa.

Do hemijske reakcije dolazi kad molekuli poseduju neophodnu energiju aktivacije. Jednostavan primer je sagorevanje benzina (ugljovodonika) do ugljen dioksida i vode. U toj reakciji, energija aktivacije se unosi u obliku toplote ili varnice. Kod fotohemijskih reakcija svetlost pruža energiju aktivacije. Svetlost je jedan od načina davanja energije aktivacije neophodne za mnoge reakcije. Ako se koristi lasersko svetlo, moguće je selektivno pobuditi molekul tako da se proizvede željeno elektronsko i vibraciono stanje. Slično tome, emisija sa specifičnog stanja se može selektivno pratiti, što daje meru zastupljenosti tog stanja. Ako je hemijski sistem na niskom pritisku, moguće je dobiti uvid u distribuciju energije produkata hemijske reakcije pre nego što dođe do disipacije i usrednjavanja energije usled višestrukih molekulskih kolizija.

Apsorpcija svetlosnog fotona na reaktantnom molekulu može da omogući odvijanje reakcije ne samo pružanjem energije aktivacije, nego i promenom simetrije molekulske elektronske konfiguracije, omogućavajući odvijanje inače nepristupačnog reakcionog puta, u skladu sa Vudvord-Hofmanonom pravilima selekcije. 2+2 reakcija cikloadicije je jedan od primera periciklične reakcije koja se može analizirati koristeći ta pravila, ili putem srodnog pristupa molekulsko orbitalne teorije.

Fotohemijske reakcije uzrokuju elektronsku reorganizaciju iniciranu elektromagnetnom radijacijom. Te reakcije su za nekoliko redova veličine brže od termalnih reakcija. Njihova brzina može da bude 10⁻¹⁵ do 10⁻⁹ sekundi.

Spektralni regioni

Fotohemijske rakcije se tipično izvode koristeći nekoliko specifičnih sekcija elektromagnetskog spektra. Među najčešće korišćenim sekcijama su:

• Ultraljubičasta: 100–400 nm
• Vidljiva: 400–700 nm
• Blisko infracrvena: 700–2500 nm

Literatura

• E. J. Bowen, Chemical Aspects of Light. Oxford: The Clarendon Press, 1942. 2nd edition, 1946.

Povezano

• Fotoelektrohemijska ćelija
• Fotosinteza