Фотохимия

Основная статья: Физическая химия

Видимый свет — часть всего света. Внизу, на фоне спектра схематически показано, как меняется длина волны света. В верхней части рисунка приведены пиктограммы, подсказывающие применение тех или иных диапазонов электромагнитного излучения

Фотохи́мия — часть химии высоких энергий, раздел физической химии — изучает химические превращения (химия возбужденных состояний молекул, фотохимические реакции), протекающие под действием света в диапазоне от дальнего ультрафиолета до инфракрасного излучения^[1].

Законы фотохимии[править | править код]

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 украинского происхождения 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 состояния.

Электронные переходы в молекуле[править | править код]

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:

Возбуждение.
Флуоресценция (переход из состояния S₁ в S₀c излучением).
Интеркомбинационная конверсия из состояния S₁ в S₀без излучения.
Интеркомбинационная конверсия из состояния S₁ в T₁.
Фосфоресценция (переход из состояния Т₁ в S₀c излучением).
Интеркомбинационная конверсия из состояния T₁ в S₀.

Процесс фотохимического превращения можно разделить на три стадии:

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

Значение фотохимии[править | править код]

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.