Fotokémiai reakciók - studopediya
Úgynevezett fotokémiai reakciók keretében felmerülő fény hatására. Mivel bármely kémiai reakció által okozott magában foglaló folyamat vegyérték elektronok, egyértelmű, hogy a kémiai hatása a fény határozza meg a kölcsönhatás az elektronok a külső: réteg elektronhéjak atomok. Mivel az abszorbeált energia arányos a termék-áramot sugárzást Fe idején, amely alatt a szervezet ki van téve a megvilágítás (m. E. sugárdózis), nyilvánvaló, hogy különböző fényáramokra előállítani ugyanazt fotokémiai lépéseket, ha F1 F2 DT1 = DT2. Ez a rendelkezés alapvető jog fotokémiai és hívják a törvény a Bunsen és Roscoe.
A szám j. jelzi, mely része fotonok N a teljes száma elnyelt fotonok test Nn. okozott fotokémiai folyamatok, egy kvantum a reakció hozama az úgynevezett J = N / Nn. Ha minden felszívódik foton olyan reakciót idéz, a kvantumhatásfok 100%. Általában azonban nem haladja meg a néhány százalékos vagy egy százalék. Például, a kvantumhatásfok az enzim-inaktiválás reakció körülbelül 0,1-0,01%.
Meg kell különböztetni elsődleges és másodlagos fotokémiai reakciók, hiszen sokan nem reagált molekulák fotonokat ad okot más reakciók zajlanak a szomszédos molekulákkal. Einstein azt mutatta, hogy minden egyes molekula reagált megfelel egyetlen foton felszívódik, és ennek következtében, a számát nem reagált molekulák az elsődleges fotoreakció arányos a száma abszorbeált fotonok.
Típusai fotokémiai reakciók
Fotoprisoedinenie. Ahhoz, hogy a gerjesztett atom vagy molekula csatlakozott semleges molekulák. Jelöljük reaktív molekulák A és B, illetve és a gerjesztett molekulák az A * és B *.
Ez a fajta reakció:
a) fotodimerizációs vagy fotopolimerizáció áramkörön átfolyó A + A + HN ®A + A * ® AA *;
b) fotooksidirovanie A + O2 + HN ®A * + O2 ® Ao;
c) fotogidratatsiya A + H2 O + HN ® A * + H2 O®NAON et al.
Fotobomlásának. Előfordul, hogy felbontani a kémiai kötéseket a gyökök, ionok vagy semleges molekulák
Az ilyen reakciók során megfigyelt besugárzás nagy dózisú UV-aminosavak, fehérjék, nukleinsavak, és jellemzően követi a különböző másodlagos reakciók. Egy példa fotobomlásának nagyon fontos lehet a földi élet ózon-oxigén reakció. Az intézkedés alapján az ultraibolya sugárzás a sztratoszféra disszociálnak oxigénmolekulák: O2 + hn ®2O. A kapott aktív oxigén atom kapcsolódik az oxigén molekulák alkotnak ózon: O + O2 ®O3. Ózon bomlás által is fotokémiai reakció: O3 + HN ®O2 + O. Mindkét folyamat végeredményben az a formáció magasságban mintegy 25 km ózonréteg 2-3 km vastag. Nagy magasságokban ózon képződik kicsi, mert az alacsony oxigénkoncentráció a sztratoszférában, és az alsó réteg a légkör jön sokkal kevésbé ultraibolya sugárzás képes előidézni a fenti reakciókban. Ózonréteget a sztratoszféra szinte teljesen elnyeli az ultraibolya napsugárzás hullámhosszú kisebb, mint 290 nm-nél, amelynek eredményeként a halál a élőlények a bolygónkon (legalább a felületén). Továbbá, az ózon van egy másik abszorpciós sáv az infravörös tartományban egy hullámhossza mintegy 10 mikron, nevezetesen azt a részét, a spektrum maximális hősugárzást a földről. Így, az ózon lefoglalja 20% a hősugárzás a bolygó, és ez szolgál egy hőpajzs, csökkentve a hőveszteséget a Föld. a világűrben. Sajnos, meg kell jegyezni, hogy az elmúlt évtizedekben, részleges megsemmisítése az ózonréteg miatt az ipari termelés és a nagy magasságban repülőgép, ejekciós a légkörbe a nitrogén-oxidok és más kémiai vegyületek. Antarktisz felett az elmúlt években kialakult az „ózonlyuk” területén legfeljebb 5 millió km 2 Ha a „lyuk” bővül az irányba lakott területeken, ez vezethet növekedését különböző betegségek emberekben és állatokban, és a többi, még kiszámíthatatlan következményekkel jár.
Között a széles körben ismert reakciók tárgya fotobomlásának reakció ezüst-bromid a bomlása fényérzékeny anyagok. Hatása alatt ezüst-bromid foton molekula elektron eltávolítjuk, és egy olyan molekula összekötő ionos kötést van törve, kialakulását eredményezi perces részecskék a fémezüst, amely létrehoz egy úgynevezett rejtett kép. A látható kép feldolgozás után nyert a fotóanyag a fejlesztő, ami gyorsított felhalmozódása ezüstmetál területén a látens kép.
Fotoszintézist. Ez a fotokémiai szintézis reakció szerves anyagok szervetlen szénvegyületek és vizet, hogy egy szabad molekuláris oxigén áramló növények és baktériumok klorofill és más pigmentek (karotinoidok karotinoly et al.), Amely katalizátorként működni. A növények közül a szén-dioxid formájában szívódik fel a CO2. A fotonok szakadjon erős közötti kötés oxigén és a szén a CO2 molekula. és ahol a szénhidrogének vannak kialakítva, amely képes a további oxidációs a szervezetben az állatok. A legegyszerűbb esetben, amikor a végtermékek a fotoszintézis a növények szénhidrogének, ez a folyamat, elkerülve közbenső szakaszában, el lehet képzelni a következő reakció: CO2 + H2 O + HN ®SN2 O2 + O + 469 kJ / mól.
A fenti reakció termékeit - az oxigén és a szénhidrát, amely képződik a glükóz (CH2 = 1 êb Sa H12 O6). fotoszintézis reakció fordított reakciója előforduló légzés során, azaz a képződését CO2 és H2O szerves oxigén-vegyületek.
A fotoszintézis eltér a másik fotokémiai folyamatok, hogy felhalmozódásához vezet a fény formájában energiát a szabad energia a kémiai kötések CH 2O és a további glükózt, mivel a szabad energia CH2 O több CO2 szabad energiája és a H2 O, hogy 469 kJ / mól. A fotoszintézis ezért az egyetlen olyan folyamat, amelynek szerves világban tölti a szabad energia tartalékok miatt a napsugárzás, míg ez a szabad energia elnyelődik folyamatosan életfolyamatokat. Az alapvető különbség a többi fotoszintetikus biokémiai reakciók előforduló sötétben (például protein-szintézis állati sejtekben), abban a tényben rejlik, hogy csak a fotoszintézisben összetett anyagot közvetlenül nyert egyszerű anyagok, mint például a víz és a CO2. Az összes többi folyamat a sejtben szintézisét egyes anyagok kapcsolódó szétesést mások szintéziséhez szükséges energiát levonni a energia bomlási ezen anyagok.
A mechanizmus a fotoszintézis meglehetősen bonyolult, és ezt tartják a speciális tanfolyamok. Röviden, a lényege ez csapódik le. A pigmenteket a növényi kloroplasztisz elnyelik fotonok és molekulák gerjesztett; ahol egy részét az energia kerül kibocsátásra a lumineszcencia rész úgy viselkedik, és hővé alakul. Ezt követően egy sor eljárás, amelyben az energia a gerjesztett molekulák pigmentek fogyasztott az elektron transzferre, oxidációs molekula vízzel a felszabadulás szabad molekuláris oxigén és a felhalmozási visszanyert piridin és ATP. Ezek a gazdag energia vegyületek jönnek számos tempó vezető reakciókat kötelező és CO2 helyreállítást. Úgy véljük, hogy a formáció egy molekula O2. t. e. a során a fenti általános reakció fogyasztják 8 fotonok, azaz kvantumhasznosítási reakció j = 1 ê8
Vannak reakciók fotoszintézis zajlik, és elkülönítése nélkül O2. Például egyes mikroorganizmusok: 2H2 S + CO2 + HN - * CH 2 O + H2 O + 2S. Ez a reakció jellemző lila és zöld kén baktériumok.
A fotoszintézis elengedhetetlen az élet a bolygónkon. Az egy perc alatt a napfény hozza a felszínre a Föld 2 × 10 24 J energiát. Mintegy 2%, azaz 4 x 10 22 által elnyelt energia fotoszintetikus anyagok. Így felszívódik 2 × 10 12 t CO2, és megjelent 1,3 × 10 11 tonna oxigént évente. Ez az oxigén - a fő, ha nem az egyetlen forrás, amely támogatja az oxigén egyensúly a Föld légkörébe. A fotoszintézis minden évben a világon alapuló szintetizált szén „1011 tonna szerves anyagok. Akár 80% -át ez az összeg esik a részvény a fotoszintézis fitoplankton tengerek és óceánok. A szerepe a fotoszintézis írta 1879-ben, a nagy magyar tudós K. A. Timiryazev: „Alig lezajló folyamatok a Föld felszíne, megérdemli annyira a közvélemény figyelmét, mint ő egyáltalán nem egy rejtély folyamat, amely a zöld lapot, amikor a sugár a nap esik rajta. Nézve egy kémiai szempontból - egy olyan eljárás, amelyben egy szervetlen anyag, szén-dioxid és víz kiindulási szerves. Nézve a fizikai szempontból - ez az a folyamat, amely az élő erő a Nap sugárzó alakítjuk kémiai stressz, a tartalékot munkát. Az egyik oldalról nézve, vagy a másik - ez egy olyan folyamat, amely a végső fokon függ az élet minden területén bolygónkon, és ennek következtében a jólétét az emberiség. " Ezek a figyelemre méltó szavakat K. A. Timiryazeva különösen fontos a mi korunkban, amikor erdőket kivágják, zöld levelek, amelyek a takarmány oxigén bolygó, és amikor az óceánok szennyezettsége haldokló fitoplankton - a fő fogyasztói napenergia az óceánokban és az áramforrás, az alapul szolgáló óceáni ökológiai körforgás . Anélkül, hogy aktív harc a környezet védelme árthatnak az ökológiai egyensúlyt, a legfontosabb eleme, amely - a fotoszintézist.
Fotoizomerizációt és néhány más reakciókat. Emlékezzünk. izomerek, amelyek az úgynevezett kémiai vegyület, amely ugyanolyan összetételű, de különböző elrendeződésében ott) atomok vagy csoportok térbeli. Izomerek különböző típusúak lehetnek. Különösen, a geometriai izomerek atomcsoportok vannak elrendezve eltérően viszonyítva a kettős kötés a C = C Ezek, például izomerek 1,2-diklór-etilén.
Mindkét izomer formái különböznek bizonyos fizikai és kémiai tulajdonságok. Például, a forráspontja a cisz-és transz-izomerek 1,2-diklór-etilént, illetőleg 60,1 és 48,4 ° C-on Általában az egyik izomer kevésbé stabil, és továbblép a másik izomer hatására bizonyos fizikai tényezők. Fűtés, világítás, stb egyik fontos fotobiológiai izomerizációs reakció megy végbe a retinában.
Fotokémiai reakciók hátterében számos fotobiológiai folyamatok alapaktust amely felszívódását egy foton, amely követi egy hosszú láncú a transzformációk durván a következő sorrendben: átmenet kromofór molekuláris csoportokat gerjesztett állapotban ® kivándorlás energia a gerjesztett állapot az egyik csoport a molekula többi ® elsődleges fotofizikai folyamat és a megjelenése elsődleges bomlástermékek lehetőleg közbenső folyamatok ® ® stabil kémiai képződésének elsődleges termékek biokémiai folyamat ® ® végső fotobiológiai hatást. Figyelembe mindezen összetett folyamatok a tárgya az egyik fejezetből biofizika - fotobiológia.