Фотодиссоциация

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

Фотодиссоциация (или фотолиз или распад) — это химическая реакция , в которой химическое соединение распадается на фотоны. Оно определяется как взаимодействие одного или нескольких фотонов с одной молекулы-мишени. Фотодиссоциации не ограничивается видимым светом. Любой Фотон с достаточной энергией может воздействовать на химические связи химического соединения. Поскольку энергия фотона обратно пропорциональна его длине волны, электромагнитные волны с энергией видимого света или выше, таких как ультрафиолет, рентгеновские лучи и гамма-лучи , как правило, участвуют в таких реакциях.

Фотолиз в атмосфере

Фотолиз также протекает в атмосфере как часть последовательности реакций в ходе которой первичные загрязняющие вещества, такие как углеводороды и оксиды азота, взаимодействуют с образованием вторичных загрязняющих веществ, таких как пероксиацилнитраты.

Две важнейших реакции фотодиссоциации в тропосфере

• 1):

O₃ + hν → O₂ + O(¹D) λ < 320 nm

в ходе которой генерируется возбужденный атомарный кислород, который при дальнейшей реакции с водой даёт радикал гидроксила:

O(¹D) + H₂O → 2OH

Гидроксил-радикал является ключевым в химии атмосферы, как инициатор окисления углеводородов в атмосфере, а также действующий как моющее средство.

• 2):

NO₂ + hν → NO + O — ключевая реакция при образовании тропосферного озона.

Образование озонового слоя также связано с фотодиссоциацией. Озон в стратосфере Земли образуется под воздействием ультрафиолета на кислородную молекулу, содержащую два атома кислорода (O₂), которая разлагается на индивидуальные атомы (атомарный кислород). Атомарный кислород затем взаимодействует с неразрушенным O₂ с образованием озона, O₃.
Фотолитическим является процесс разрушения хлорфторуглеводородов в верхних слоях атмосферы с образованием озоноразрушающих свободных радикалов хлора.

Фотография

Фотолиз галогенидов серебра является ключевой реакцией в плёночной фотографии и приводит к формированию скрытого изображения в фотоматериалах.

Астрофизика

В астрофизике фотодиссоциация является одним из важнейших процессов разрушения и образования новых молекул. В вакууме межзвёздного пространства, молекулы и свободные радикалы могут существовать длительное время. Скорость фотодиссоциации очень важна для изучения состава межзвёздного вещества из которого образуются звёзды.

Типичный пример реакции фотолиза в межзвёздном пространстве ($h\nu$ — обозначение кванта света, фотона): $$H_2O + h\nu \rightarrow H + OH$$ $$CH_4 +h\nu \rightarrow CH_3 + H$$

Многофотонная диссоциация

В сравнении с ультрафиолетом или другими фотонами высоких энергий, энергии одиночных фотонов инфракрасного спектрального диапазона обычно недостаточно для прямой фотодиссоциации молекул. Однако, после поглощения серии инфракрасных фотонов молекула может прирастить свою внутреннюю энергию до уровня, превышающего порог диссоциации. Многофотонная диссоциация может быть достигнута при использовании лазеров высоких энергий, таких как углекислотный лазер, лазер на свободных электронах, или при длительном времени взаимодействия молекул с потоком излучения без возможности быстрого охлаждения. Последний метод позволяет добиваться многофотонной диссоциации даже под воздействием излучения с непрерывным спектром.

Флэш-фотолиз

Флэш-фотолиз — метод, при котором импульс лазера продолжительностью несколько наносекунд (пикосекунд, фемтосекунд) возбуждается лампой-вспышкой. Метод разработан в 1949 году Манфредом Эйгеном, Рональдом Норришем и Джорджем Портером, удостоенными Нобелевской премии по химии в 1967 году за это открытие.

См. также

• Фотокатализ
• Фотоводород
• Фотохимия
• Фотоэффект