ფოტოქიმია

ფოტოქიმია — ქიმიის დარგი რომელიც შეისწავლის ქიმიური გამოსხივებების ეფექტებს. ეს ტერმინი გამოიყენება ისეთი ქიმიური რეაქციების დასახასიათებლად როგორიცაა ულტრაიისფერი გამოსხივება (ტალღის სიგრძე 100_იდან 400_მდე ნანომეტრი), ხილული სინათლე (ტალღის სიგრძე 400_იდან 750_მდე ნანომეტრი) და ინფრაწითელი გამოსხივება (750-2500 ნანომეტრი) იწვევენ.

ფოტოქიმიური რეაქტორი.

ბუნებაში, ფოტოქიმიას ისეთივე მნიშვნელობა გააჩნია როგორც : ფოტოსინთეზს, ხედვას და D ვიტამინის ჩამოყალიბებას მზის სხივებიდან. ფოტოქიმიური რეაქციები მიმდინარეობს გაცილებით უფრო სხვანაირად ვიდრე ტემპერატურული რეაქციები. პოტოქიმიური გზები მაღალ ენერგიულ შუალედებს რომლის გამომუშავებაც თერმულად არ შეიძლება. ფოტოქიმია ასევე მიჩნეულია გამანადგურებლად, როგორც ფოტოდეგრადაციაშია ნახსენები.

შინაარსი

გროთჰუსი-დრაპერის წესი და სტარკი-ეინშტეინის წესი

ფოტოექსტრაცია პირველი ნაბიჯია ფოტოქიმიურ რეაქციაში სადაც რეაქტატი არის ამაღლებული უმაღლესი ენერგიის მდგომარეობამდე, აღფრთოვანებულ მდგომარეობამდე. ფოტოქიმიის პირველი წესი, ცნობილი როგორც გროთჰუსი-დრაპერის წესი გვეუბნება რომ ნივთიერებამ უნდა შეიწოვოს სინათლე რათა დაიწყოს ფოტოქიმიური რეაქცია. ხოლო ფოტოქიმიის მეორე წესი (სტარკი-ეინშტეინის წესი) ამტკიცებს რომ თვითეული სინათლის პროტონი რომელსაც ნივთიერება შეიწოვის ააქტიურებს მხოლოდ 1 მოლეკულას.

ფლოურესენცია და ფოსფორესენცია

როდესაც საწყისი მდგომარეობის ატომი ან მოლეკულა სინათლეს შთანთქავს, ერთი ელექტრონი ადის უფრო მაღლ ორბიტულ დონეზე. ეს ელექტრონი ინარჩუნებს თავის ბრუნვას ბრუნვის შერჩევის კანონის მიხედვით. აღფრთოვანების უფრო მაღალ დონეზე ასვლას შეუძლია HOMO გადააქციოს LUMO_დ ან უფრო მაღალ ორბითულ დონედ, რაც იმას ნიშნავს რომ S₁, S₂, S₃… შესაძლებელი ართდროულად არსებობდნენ სხვადასხვა ენერგიებით.

კაშას წესი გვეუბნება რომ მაღალ ენერგიული ნაწილაკები შეიძლება სწრაფად მოეშვას შიდა კონვერციის მეშვეობით (IC), მაგალითად S₁ შეიძლება დამშვიდდეს IC_ის მეშვეობით შეიძლება დავიდეს საწყის მდგომარეობამდე S₀, ამას ფლოურესენცია ეწოდება.

ჯაბლონსკის დიაგრამა

ექსპერიმენტალური შემადგენლობა

მერკური-ორთქლის ნათურა

ფოტოქიმიურ რეაქციას სჭირდება სინათლის წყარო რომელიც აწარმოებს რეაქტანტის შესაბამის ტალღის სიგრძეს. ადრეულ ექსპერიმენტებში სინათლის წყარო იყო მზე, ასევე პოლიქრომიაში. ლაბორატორიებში ძირითადად გამოიყენებენ მერკური-ორთქლის ნათურებს. დაბალ წნევაზე მერკური გამოყოფს ორთქლს რომელიც ნათურას 254 ნმ_ით ფარავს. პოლიქრომულ წყაროების შემთხვევაში, ტალღის სიგრძე შეიძლება შეირჩიოს ფილტრების მეშვეობით.

გამოყოფილი სინათლე უნდა მივიდეს სამიძნე ფუნქტუალურ ჯგუფთან ისე რომ არ იქნას დაბლოკილი რეაქტორის სხვა ფუნქტუალური ჯგუფების მიერ. ხშირ შემთხვევაში რეაქტორად იყენებენ კვარცს რადგან ის შეიცავს ნათურებს. პირეკი შთანთქავს ტალღებს რომლის სიგრძეც 275 ნანომეტრია. გამხსნელი მნიშვნელოვანია ექსპერიმენტალური პარამეტრებისთვის. სწორედ ამიტომ პოტენციური რეაქტანტი სწორედ გამხსნელია, ქლორირებულ გამხსნელებს როგორც წესი თავიდან იცილებენ რადგან C-CI ობლიგაციამ შეიძლება ნივთიერების დაქლორვამდე მიგვიყვანოს. ძლიერი გამხსნელები პროტონებს არ უშვებენ ნივთიერებებემდე.

ფოტოქიმიური რეაქციები

ფოტოქიმიური რეაქციების მაგალითები

• ფოტოსინთეზი: მცენარეები იყენებენ მზის სინათლის ენერგიას, ნახშირორჟანგს და წყალს რათა წარმოქმნას გლუკოზა და ჟანგბადი

• D ვიტამინის წარმოქმნა მზის სხივებისგან

• ბიოლუმინესცენცია

ორგანული ფოტოქიმია

ფოტოქიმიური ორგანული რეაქციების მაგალითებია: ელექტროლიკარდიული რეაქცია, რადიკალური რეაქციები, ფოტომოემიზაცია და ნორიშის რეაქცია.

ნორიშის მეორე ტიპის რეაქცია

რეაქციების ტოლობები:

• ქლორის მოლეკულის რადიკალებად დაშლა ულტრაიისფერი გამოსხივებით.

Cl₂ + hν → 2 Cl•

• ტოლუოლის მოლეკულაში წყალბადის ქლორის რადიკალით ჩანაცვლება,რეაქცია მიმდინარეობს ორ ეტაპად. პირველი რეაქციისას მიიღება ბენზილის რადიკალი და ქლორწყალბადმჟავა.მეორე რეაქციისას ბენზილის რადიკალი იერთებს მეორე ქლორის რადიკალს და მიიღება ბენზილის ქლორიდი.

C₆H₅CH₃ + Cl• → C₆H₅CH₂• + HCl

C₆H₅CH₂• + Cl• → C₆H₅CH₂Cl

ლიტერატურა

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

სქოლიო

პორტალი ქიმია