Fotoquímica
La fotoquímica es la rama de la química que se ocupa de los efectos químicos de la luz. Generalmente, este término se usa para describir una reacción química causada por la absorción de luz ultravioleta ( longitud de onda de 100 a 400 nm ), luz visible (400–750 nm) o radiación infrarroja (750–2500 nm). [1]
En la naturaleza, la fotoquímica es de inmensa importancia ya que es la base de la fotosíntesis, la visión y la formación de vitamina D con la luz solar. [2] Las reacciones fotoquímicas proceden de manera diferente a las reacciones impulsadas por la temperatura. Las rutas fotoquímicas acceden a productos intermedios de alta energía que no se pueden generar térmicamente, superando así grandes barreras de activación en un corto período de tiempo y permitiendo reacciones que de otro modo serían inaccesibles por procesos térmicos. La fotoquímica también es destructiva, como lo ilustra la fotodegradación de los plásticos.
La fotoexcitación es el primer paso en un proceso fotoquímico en el que el reactivo se eleva a un estado de mayor energía, un estado excitado . La primera ley de la fotoquímica, conocida como ley de Grotthuss-Draper (para los químicos Theodor Grotthuss y John W. Draper ), establece que la luz debe ser absorbida por una sustancia química para que se produzca una reacción fotoquímica . Según la segunda ley de la fotoquímica, conocida como ley de Stark-Einstein (para los físicos Johannes Stark y Albert Einstein), por cada fotón de luz absorbido por un sistema químico, no se activa más de una molécula para una reacción fotoquímica, definida por el rendimiento cuántico . [3] [4]
Cuando una molécula o átomo en el estado fundamental (S 0 ) absorbe luz, un electrón se excita a un nivel orbital más alto. Este electrón mantiene su espín de acuerdo con la regla de selección de espín; otras transiciones violarían la ley de conservación del momento angular . La excitación a un estado singlete superior puede ser de HOMO a LUMO oa un orbital superior, de modo que son posibles los estados de excitación singlete S 1 , S 2 , S 3 … a diferentes energías.
La regla de Kasha estipula que los estados de singlete más altos se relajarían rápidamente por desintegración sin radiación o conversión interna (IC) a S 1 . Por tanto, S 1 es normalmente, pero no siempre, el único estado excitado singlete relevante. Este estado excitado S 1 puede relajarse aún más a S 0 por IC, pero también por una transición radiativa permitida de S 1 a S 0 que emite un fotón; este proceso se llama fluorescencia .
Alternativamente, es posible que el estado excitado S 1 experimente una inversión de espín y genere un estado excitado triplete T 1 que tiene dos electrones no apareados con el mismo espín. Esta violación de la regla de selección de espín es posible mediante el cruce entre sistemas (ISC) de los niveles vibracionales y electrónicos de S 1 y T 1 . Según la regla de Hund de máxima multiplicidad , este estado T 1 sería algo más estable que S 1 .
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