Использование различных диапазонов электромагнитного излучения в химических и биологических исследованиях

Основная литература (1осн. [22-25])

Контрольные вопросы

1. Фотохимия как раздел физической химии.

2. Связь фотохимии с другими науками.

3. Значение химии и ее применение в полиграфии.

4. Определение понятия «фотохимия».

5. Типы электромагнитного излучения

6. Фотосинтез как важная фотохимическая реакция

7. Единицы измерений длин волн электромагнитного спектра, перечислить

8. Определения понятий «электромагнитный спектр», «длина волны», «частота»,

«волновое число»

Лекция №2 Основные понятия и положения фотохимии

В ходе фотохимических реакций можно выделить 3 стадии:

1) поглощение света веществом;

2) химические превращения вещества под непосредственным воздействием поглощенной лучистой энергии (первичные фотохимические превращения);

3) реакции продуктов первичных фотохимических превращений (вторичная или темновая стадия).

Свет, как и любая другая лучистая энергия, поглощается веществом квантами, т.е. для данного вещества в заданном спектральном интервале могут поглощаться только определенные частоты, а поглощенная энергия (энергия кванта) равна:

Е₁ = hn = hc/l,

где h – постоянная Планка (h = 6,626 ּ 10^-34 Джּс),

c – скорость света (с = 3 ּ 10¹⁰ см/с),

v – частота,

l - длина волны действующего излучения

Поглощение кванта ведет к увеличению запаса внутренней энергии вещества:

Е₀ + Е₁ = Е₀ + hn = Е*,

где Е0 и Е* - соответственно начальное и конечное количество энергии в веществе.

Результат первичной стадии фотохимических реакций в значительной степени зависит от величины кванта поглощаемой энергии. Например, при возбуждении электронов в атомах и молекулах они переходят в более высокое энергетическое состояние. Это активированное или возбужденное состояние возникает при поглощении энергии в ультрафиолетовой области спектра. Если поглощается энергия в инфракрасной области спектра, возбуждение происходит за счет изменения колебательных и вращательных уровней пар или групп атомов внутри молекулы.

Все эти поглощения квантованы, т.е. для данного вещества в заданном спектральном интервале могут поглощаться только определенные частоты, а поглощенная энергия равна Е = hν.

В связи с этим для понимания механизма протекания фотохимических реакций важно знать величины энергии Е, которую несут кванты различных длин волн - l.

Активированные молекулы не возвращаются в основное состояние, а за счет поглощенной энергии становятся настолько реакционноспособными, что могут перегруппировываться, диссоциировать или реагировать с другими молекулами, если они приобретают достаточную для этого энергию активации. Возбужденные молекулы могут передавать энергию другим молекулам, которые, в свою очередь, могут вступать в реакцию.

Поскольку в химии все расчеты ведутся применительно к грамм-молекулярным количествам вещества, в фотохимии обычно оперируют количествами лучистой энергии, отнесенной не к одному кванту, а к одному молю кванта. Эту величину называют «эйнштейн».

Очевидно, что энергия одного моля квантов (одного эйнштейна) равна:

Э = Е₁ ּN_А = h ּn ּ N_A = hc/l ּ N_A,

Где NA - число Авогадро (NA = 6,02ּ10 ²³ молекул/моль).

Энергию в химии обычно выражают в килокалориях (ккал/моль) или джоулях (килоджоулях) (Дж/моль). Для перехода от одних энергетических единиц к другим, надо иметь в виду, что:

1 Дж/моль = 2,39 ּ 10^-4 ккал/моль;

1 ккал/моль = 4,18 ּ 10³ Дж/моль.

Из этого следует, что энергия одного моля кванта (одного эйнштейна) равна:

Э = hc/l ּ NA = (6,626 ּ 10^-34 ּ 3 ּ10¹⁰ּ 6,0225 ּ 10²³) / l = 11,9/l (Дж/моль). (Так как данные выражались в см, то и длины волн должны выражаться в см).

Таблица 3