Fotodissociation

Fotodissociation (eller fotolyse ) er en kemisk reaktion , hvor molekyler af kemiske forbindelser nedbrydes under påvirkning af fotoner .

For dette fænomen er den såkaldte aktiveringsenergi af fundamental betydning - en egenskab ved molekylet, der deltager i fotolyseprocessen og graden af overskud af energien fra den interagerende foton i forhold til aktiveringsenergien.

Fotolyse i atmosfæren

Fotolyse sker i atmosfæren som en del af en sekvens af reaktioner, hvor primære forurenende stoffer, såsom kulbrinter og nitrogenoxider, reagerer og danner sekundære forurenende stoffer, såsom peroxyacylnitrat . Se artiklen smog for detaljer .

De to vigtigste fotodissociationsreaktioner i troposfæren

Den første er henfaldet af ozonmolekylet ved absorption af en foton af Solens hårde ultraviolette stråling : ${\ce {h\nu))$

{\ce {O3 + h\nu -> O2 + O(^1 D)))

; ,

{\ce {\lambda < 320 nm))

under denne reaktion dannes et exciteret atomart oxygenatom , som ved efterfølgende kemisk reaktion med vanddamp danner et hydroxylradikal : ${\ce {O(^1 D)))$

{\ce {O(^1 D) + H2O -> 2 OH))

Hydroxylradikalet er vigtigt i atmosfærisk kemi som en initiator for oxidationen af kulbrinter i atmosfæren, såsom metan, og fungerer også som en atmosfærisk fjernelse af forurenende gasser.

Den anden reaktion er fotolyse af nitrogendioxid :

{\ce {NO2 + h\nu -> NO + O))

Dette er hovedreaktionen i dannelsen af troposfærisk ozon .

Dannelsen af ozonlaget er også forbundet med fotodissociation. Ozon i jordens stratosfære dannes ved virkningen af ultraviolet stråling på et iltmolekyle , hvilket får det til at henfalde til to iltatomer. Atomisk oxygen reagerer derefter med oxygenmolekyler og danner ozon ( ). ${\ce {O2}}$ ${\ce {O3))$

Den fotolytiske proces er også processen med ødelæggelse af chlorfluorcarboner i den øvre atmosfære med dannelse af ozonnedbrydende frie radikaler af klor ( ). ${\ce {Cl^*}}$

Fotolyse af vand i planter

Vand under påvirkning af sollys under fotosyntesereaktioner i fotosyntetiske planter nedbrydes til protoner , elektroner og iltmolekyler:

{\ce {H2O + 2h\nu -> 2H^+ + 2e^- + 1/2O2))

{\ce {2H2O -> 4H+ + 4e- + O2}}

Fotografering

Fotolysen af sølvhalogenider er en vigtig reaktion i klassisk fotografering og forårsager dannelsen af et latent billede i fotografiske materialer.

Astrofysik

I astrofysik er fotodissociation en af de vigtigste processer for ødelæggelse og dannelse af nye molekyler. I det interstellare rums vakuum kan molekyler og frie radikaler eksistere i lang tid. Hastigheden af fotodissociation er meget vigtig for at studere sammensætningen af det interstellare stof , hvorfra stjerner er dannet .

Typiske eksempler på fotolysereaktioner i det interstellare rum:

{\ce {H2O + h\nu -> H^+ + OH^-))

;

{\ce {CH4 +h\nu -> CH3 + H))

Multifoton dissociation

Sammenlignet med ultraviolette eller andre højenergifotoner er energien af enkeltfotoner i det infrarøde spektralområde normalt utilstrækkelig til direkte fotodissociation af molekyler. Men efter at have absorberet en række infrarøde fotoner, kan molekylet øge sin indre energi til et niveau, der overstiger dissociationstærsklen. Multifoton-dissociation kan opnås ved at bruge højenergilasere såsom kuldioxidlaser , fri elektronlaser eller ved lange interaktionstider mellem molekyler med stråling uden mulighed for hurtig afkøling. Sidstnævnte metode gør det muligt at opnå multifoton-dissociation selv under påvirkning af stråling med et kontinuerligt spektrum.

Flash fotolyse

Flashfotolyse [1] er et fænomen, hvor en lyspuls, der varer flere nanosekunder (picoseconds, femtosekunder) exciteres af en blitzlampe. Metoden blev udviklet i 1949 af Manfred Eigen , Ronald Norrish og George Porter , som blev tildelt Nobelprisen i kemi i 1967 for denne opdagelse.

Se også

Noter

↑ udg. N.M. Emanuel og M.G. Kuzmin. Flash fotolyse / Eksperimentelle metoder til fysisk kinetik . Hentet 19. januar 2022. Arkiveret fra originalen 8. marts 2022. (Russisk)