Fotokimia

Fotokimia adalah bahagian ilmu kimia yang mengandungi interaksi antara atom, molekul kecil, dan cahaya (atau radiasi elektromagnetik). Secara amnya, perkataan ini digunakan untuk menerangkan reaksi kimia yang terjadi akibat penyerapan cahaya ultraviolet (panjang gelombang antara 100 ke 400 nm), penghantaran cahaya nampak (400-750 nm) atau radiasi infared (750-2500 nm). (Dalam disiplin ilmu lainnya, fotokimia menggunakan sistem satuan SI atau metrik. Unit yang sering digunakan adalah meter, saat , hertz, joule, mol, konstanta gas R, serta konstanta Boltzmann. Semua unit dan konstanta ini juga merupakan bahagian bidang kimia fisik.

Reaktor telaga rendaman fotokimia 50 mL dengan lampu wap merkuri.

Secara semula jadi, fotokimia adalah sangat penting kerana ia merupakan asas bagi fotosintesis, penglihatan, dan pembentukan vitamin D dengan cahaya matahari. Reakksi ini juga bertanggungjawab terhadap kemunculan mutasi DNA yang menyebabkan kanser kulit.

Tindak balas fotokimia berlaku secara berbeza daripada tindak balas yang didorong oleh suhu. Laluan fotokimia mengakses perantaraan tenaga tinggi yang tidak boleh dijana secara termal, dengan itu mengatasi halangan pengaktifan yang besar dalam tempoh masa yang singkat. Ia seterusnya membawa kepada tindak balas yang sebaliknya yang tidak boleh diakses oleh proses termal. Fotokimia juga boleh merosakkan, seperti dalam proses fotodegradasi plastik.

Konsep

Undang-undang Grotthuss–Draper dan undang-undang Stark–Einstein

Menurut undang-undang ini, "Photoexcitation" merupakan langkah pertama dalam proses fotokimia di mana bahan tindak balas dinaikkan kepada keadaan tenaga yang lebih tinggi, ataupun keadaan teruja. Undang-undang pertama fotokimia, yang dikenali sebagai undang-undang Grotthuss-Draper (untuk ahli kimia Theodor Grotthuss dan John W. Draper), menyatakan bahawa cahaya mesti diserap oleh bahan kimia agar tindak balas fotokimia boleh berlaku. Menurut undang-undang kedua fotokimia, yang dikenali sebagai undang-undang Stark–Einstein (untuk ahli fizik Johannes Stark dan Albert Einstein), bagi setiap foton cahaya yang diserap oleh sistem kimia, tidak lebih daripada satu molekul diaktifkan untuk tindak balas fotokimia seperti yang ditakrifkan oleh hasil kuantum.

Pendarfluor dan berphosphorus

Apabila molekul atau atom dalam keadaan dasar (S0) menyerap cahaya, satu elektron teruja ke tahap orbit yang lebih tinggi. Elektron ini mengekalkan putarannya mengikut peraturan pemilihan putaran dan peralihan lain dikira akan melanggar undang-undang pemuliharaan momentum sudut. Pengujaan kepada keadaan singlet yang lebih tinggi boleh terjadi dari HOMO ke LUMO atau ke orbital yang lebih tinggi, agar pengujaan singlet dapat menyatakan S1, S2, S3... pada tenaga yang berbeza.

Gambar rajah Jablonski. Laluan sinaran diwakili oleh anak panah lurus dan laluan bukan sinaran dengan garisan kerinting.

Peraturan Kasha menetapkan bahawa keadaan singlet yang lebih tinggi akan cepat berehat dengan pereputan tanpa sinaran atau penukaran dalaman (IC) kepada S1. Oleh itu, S1 biasanya, tetapi tidak selalu, merupakan satu-satunya keadaan teruja singlet yang relevan. Keadaan teruja S1 ini boleh mengendur lagi ke S0 oleh IC, tetapi juga dengan peralihan sinaran yang dibenarkan dari S1 ke S0 yang memancarkan foton; proses ini dipanggil pendarfluor.