Fotochemická reakce

Co je to fotochemická reakce?

Fotochemické reakce jsou všechny chemické reakce, které využívají světelné záření (FOTO) jako svůj zdroj energie (energie elektromagnetických kmitů – viditelného světla, ultrafialových paprsků, nebo méně často infračervených paprsků). Aby vznikla fotochemická reakce, musí být přítomno viditelné spektrum světla nebo UV záření či IR paprsky. Rychlost absorpce světla určuje rychlost chemické reakce. FOTO- slovo původem z řečtiny – | (ř) v slož. první část s význ. světlo, světelný. foto-katalýza, foto-syntéza, foto-lýza…..

Fotochemie je oblast chemie,

která studuje interakce mezi atomy nebo malými molekulami a světlem (nebo elektromagnetickým zářením).

Základním fotochemickým procesem je absorpce světla, která způsobuje fotoexcitaci nebo fotoaktivaci reaktivních molekul. Některé chemické reakce známe jako foto-chemické reakce vyžadují k zahájení světelnou energii. Když molekuly reaktantů absorbují světelnou energii, dochází k těmto reakci. Tato chemická reakce způsobí, že molekuly přejdou do přechodného excitovaného stavu a změní své chemické a fyzikální vlastnosti.

Typy fotochemických reakcí

Fotochemické reakce se dělí na pět typů:

1. Fotodisociace

neboli fotolýza také se nazývá fotodisociace, fotodisociace nebo fotodekompozice. Jedná se o chemickou reakci, při níž fotony rozkládají molekuly chemické sloučeniny. Jedná se o interakci jednoho nebo více fotonů s jednou cílovou molekulou a není omezena na viditelné světlo. Příkladem fotodisociace je blesková fotolýza – fotokatalýza.

2. Fotoindukované přeskupení, izomerizace

Fotoizomerizace je fotochemická cis-trans izomerizace vyvolaná fotoexcitací (která je důvodem strukturní změny mezi izomery). Jedná se o izomerizaci organických molekul s dvojnou vazbou ve struktuře. Tato reakce je běžnou fotoreakcí, při níž se jeden izomer vlivem světla mění na druhý. Existují jak reverzibilní, tak ireverzibilní izomerizační reakce. Fotoizomerizace však obvykle označuje reverzibilní proces.

3. Fotoadice

Jedná se o bimolekulární fotochemický proces, při němž elektronicky excitovanými nenasycenými molekulami vzniká jediný produkt a probíhá pod vlivem světla.

4. Fotosubstituce

Fotosubstituční reakce jsou substituční reakce probíhající za přítomnosti slunečního světla.

Příkladem této reakce je chlorace CH4 pomocí Ha. CH4 + HCl -> CH3C1 + H2 [‘latex]

Aktivace je u fotosubstitučních reakcí nejběžnější. Znamená výměnu ligandu mezi primární a sekundární koordinační sférou při zachování oxidačního stavu a koordinačního čísla kovového iontu.

5. Foto-redoxní reakce

Foto-redoxní katalýza je důležitou oblastí jak v environmentálních aplikacích, tak v organické syntéze. Je to odvětví fotochemie, které využívá přenosu jednoho elektronu. Fotoredoxní katalyzátory se obecně vybírají ze tří tříd materiálů, kterými jsou polovodiče, komplexy přechodných kovů a organická barviva.

Elektrony jsou chemickým lepidlem, které drží organické molekuly pohromadě, když jsou absorbované fotony světla excitovány. V té době mohou fotoredoxní katalyzátory odevzdávat a přijímat jednotlivé elektrony.

Rovnice fotochemické reakce

Při fotochemických reakcích jsou reaktanty absorbovány světlem. Pokud hovoříme o černobílé fotografii, AgBr se vlivem světla rozkládá a vzniká Ag a plynný brom, což je dáno vztahem

2AgBr + sluneční světlo -> 2Ag + Br2

Mechanismus fotochemické reakce (fotosyntéza)

Fotosyntéza, která udržuje život na planetě Zemi, je jedním z důležitých celosvětově diskutovaných témat. Jedná se o fotochemický proces, při kterém zelené rostliny přímo absorbují světelnou energii ze slunce a využívají ji k přeměně atmosférického oxidu uhličitého na potravu a kyslík za přítomnosti vody. Pomocí tohoto procesu mohou rostliny přeměnit energii slunečního záření na chemickou energii, vytvořit sacharidy pomocí vody a oxidu uhličitého a uvolnit kyslík. Kyslík využívají lidé a další živočichové, protože život živých bytostí je udržován pomocí kyslíku a sacharidů.

Chemická reakce tohoto procesu je 6CO2 + 6H20 + sunlight -> C61-11206 + 602

Zákony fotochemie:

Existují dva základní zákony fotochemie, které jsou následující:

I. Grotthussův-Draperův zákon

Jedná se o první zákon fotochemie, jehož autorem je Grotthuss Draper. Podle něj musí být záření absorbováno chemickou látkou, aby došlo k fotochemické reakci. Jinými slovy uvádí, že fotochemickou změnu může vyvolat pouze takové záření, které je systémem absorbováno.

II. Stark-Einsteinův zákon

Jedná se o druhý fotochemický zákon, který zavedl Stark-Einstein. Říká, že každá molekula, která se účastní fotochemické reakce, absorbuje jedno kvantum záření, které způsobí, že reakce proběhne. Jinými slovy, molekula musí absorbovat jedno kvantum energie, než začne fotochemicky reagovat.

Rozdíl mezi fotochemickou a tepelnou reakcí

Následují hlavní rozdíly mezi fotochemickou a tepelnou reakcí:

Fotochemická: Fotochemická reakce Tepelná reakce Je to forma chemické reakce, při níž reaktanty získávají energii ve formě fotonů ze světla.

Tepelná: Jedná se o formu chemické reakce, při níž reaktanty získávají energii ve formě tepla.

Fotochemická: Pro průběh reakce je nutná přítomnost vhodného zdroje světla.

Tepelná: Může probíhat i při nedostatku světla.

Fotochemická: Teplota nemá na reakci přímý vliv.

Tepelná: Teplota má na reakci přímý vliv.

Fotochemická: Pro tyto typy reakcí není třeba katalyzátor.

Tepelná: Pro urychlení většiny reakcí je zapotřebí katalyzátor.

Základní rozdíl mezi tepelnými a foto chemickými reakcemi spočívá v tom, že tepelné reakce začínají, když reaktanty získají tepelnou energii, zatímco foto chemické reakce začínají, když reaktanty získají energii z fotonu.