Fotokimia

Fotokimia mengkonsentrasikan studinya pada efek cahaya tampak dan radiasi ultraviolet serta reaksi kimianya. Fotokimia mengkonsentrasikan studinya pada perubahan sifat kimia dan fisika molekul yang diikuti satu atau lebih foton. Terutama absorbsi pada sinar V/UV meskipun IR absorbsi juga mungkin mengubah sifat kimia.

Karakterisasi reaksi fotokimia

1.      Reaksi fotokimia berlangsung karena adanya absorbsi cahaya

2.      Pada intensitas cahaya rendah, laju reaksi fotokimia tergantung pada intensitas of incident of light

3.      Reaksi fotokimia bisa jadi tidak  dimulai oleh warna.  Reaksi yang dapat dimulai dengan cahaya biru tidak dapat diprakarsai
oleh cahaya merah, tapi dengan cahaya ungu

4.      Pada beberapa reaksi fotokimia, molekul yang mengabsorbsi cahaya  molekul yang menyerap cahaya dapat mentransfer kelebihan energinya ke molekul lain yang selanjutnya dapat mengalami reaksi, proses ini dikenal sebagai "fotosensitisasi”

5.      Perubahan energi bebas (DG) untuk reaksi fotokimia TIDAK tentu negatif: misalnya dekomposisi HCl untuk H₂ dan Cl₂ dan fotosintesis karbohidrat dalam tanaman

6.      Dalam beberapa reaksi, langkah-langkah tertentu dapat diulang beberapa kali; reaksi fotokimia tersebut dikenal sebagai "reaksi rantai"

Jenis reaksi fotokimia

Reaksi fotokimia adalah proses di mana energi yang dibutuhkan untuk mereka aktivasi (ΔU ‡ ") atau pengembangan mereka (ΔGr) Disediakan oleh radiasi elektromagnetik. Aktivasi energi dari urutan ΔU = 100 kJ ‡ · mol^-1 dan ikatan energi pesanan dari ΔG = 200-400 kJ mol^-1 · menyiratkan foton harus membawa jumlah energi yang setara.

a.       ΔGr <0 (reaksi eksergonik, spontan)

Cahaya memungkinkan untuk mengalahkan aktivasi penghalang atau yang lebih rendah dengan bertindak sebagai katalis. Dalam hal ini, cahaya hanya memulai reaksi dengan membantu untuk mengatasi atau mengurangi energi tinggi aktivasi. Reaksi seperti ini disebut "fotokatalitik"

Contoh: H₂ + Cl₂ →  2HCl

b.      ΔGr> 0 (endergonik, tak spontan)

Energi yang dibutuhkan oleh reaksi dibawa oleh cahaya. Energi cahaya sebagian diubah menjadi energi kimia. Untuk reaksi ini, jumlah zat bereaksi secara langsung sebanding dengan energi yang diserap, dalam perjanjian dengan hukum yang dikenal sebagai kesetaraan fotokimia:

contoh: fotosintesis alami

CO2 + H2O    →     C6H12O6 + O2     ∆G = 496 kJ/mol^–1

Hukum-hukum dasar

Hukum Grothus-Draper: Hukum pertama Fotokimia, disebut Draper Grottus
hukum, menyatakan: Hanya cahaya, yang diserap oleh molekul, dapat
efektif dalam memproduksi perubahan fotokimia dalam molekul.

Jika aliran I₀ intensitas memasuki medium homogen, sebagian akan tercermin pada setiap antarmuka (I_r) dan diserap oleh media (I_a). Intensitas cahaya yang muncul dari media dilalui karena itu diberikan oleh:

It = I0 - Ia – Ir

Dengan transmitansi       , refleksi  , dan absorbansi sebesar      maka,

Ketika cahaya jatuh di atas sistem salah satu dari tiga perubahan berikut mungkin terjadi.

1.        Sistem ini sangat transparan untuk cahaya dengan panjang gelombang λ, berarti cahaya ini tidak berinteraksi dengan molekul dan tidak dapat  menyebabkan reaksi fotokimia.

2.        Sistem ini tembus ke cahaya dengan panjang gelombang λ, berarti cahaya ini tidak dapat melewati medium, melainkan adalah tersebar sehingga interaksi antara cahaya dan molekul cukup seminggu sehingga reaksi-reaksi fotokimia tidak mungkin.

3.        Sistem ini menyerap cahaya dengan panjang gelombang λ, ini berarti cahaya berinteraksi dengan molekul dan dengan demikian fotokimia reaksi dapat berlangsung. Oleh karena itu, untuk menilai potensi fotokimia diinduksi perubahan, adalah penting untuk mengetahui penyerapan spektrum reaktan. Dalam urutan sepenuhnya ciri mekanisme reaksi, kita juga harus mengetahui kita juga harus tahu penyerapan
spektrum hasil reaksi perantara

Hukum Lambert: "pecahan yang sama dari insiden radiasi yang diserap oleh lapisan yang berurut dari ketebalan yang sama dari substansi yang menyerap"

Penyerapan optik zat dalam larutan dapat diperoleh dengan hukum Lambert-Beer, yang berasal dari pengenalan konsentrasi molar dan cM suatu logaritma dalam persamaan

log  = -log T =  .cM . l = A (Absorbansi)

Hukum Beer-Lambert dapat diturunkan dari sebuah pendekatan untuk koefisien penyerapan untuk molekul dengan molekul mendekati dengan lempeng tembus cahaya yang memiliki luas penampang melintang,, mewakili luas efektif dilihat oleh foton dengan frekuensi w. Jika frekuensi cahaya jauh dari resonansi, dengan daerah sekitar 0, dan jika w adalah dekat dengan daerah resonansi adalah maksimum. Mengambil lempengan kecil, dz, sampel:

Io adalah intensitas yang memasuki lempeng pelat pada z = 0,  Iz adalah intensitas yang memasuki lempengan kecil sekali di z, dI adalah intensitas diserap dalam pelat, dan aku adalah intensitas cahaya meninggalkan sampel. Kemudian, area buram total pada lempengan karena peredam adalah * N * A * dz. Kemudian, fraksi foton akan diserap * N * A * dz / A sehingga,

Pengintegralan persamaan ini menjadi

ln(I) – ln( ) = - s N b

atau

-ln  = - s N b

Jika N (molekul/cm³) * 1 mol/ 6,023x10²³ mol)* 1000 cm³/liter = c (mol/L) dan 2,303 * log(x), kemudian

-ln  = - s  .  c b

Atau,

-ln  = A = ecb

Dimana  I = intensitas awal

              = intensitas yang keluar dari pelat

              A = absorbansi

               = absorptivitas molar

              c = konsentrasi sampel

              b = tebal pelat (biasanya juga digunakan lambang “l” )

atau dinyatakan dalam bentuk berikut

Pada permukaan datar atau specular (cermin), penyerapan dan pantulan cahaya yang terkait dengan hukum Fresnel:

Pada keadaan normal normal j = 0

Absorpsi oleh media tak rata,

Mengalami pemantulan yang disebarkan (difusi)

I₀ = I_Rd + I_A + I_T

Hukum kesetaraan fotokimia Einstein: "dalam proses primer, setiap molekul bereaksi diaktifkan oleh salah satu kuantum cahaya yang efektif" hubungan ini dinyatakan dengan perbandingan antara jumlah molekul bereaksi dan jumlah kuanta cahaya yang diserap.

Ketika hυ adalah kuantum cahaya yang disebut foton dan h adalah konstanta planck 6,62 × 10-34 Js. Sejak kimiawan eksperimental umumnya menangani dengan mol bahan, unit yang nyaman adalah mol foton didefinisikan sebagai 1 Einstein. Energi dari panjang gelombang λ Einstein di nm

Unit lain yang digunakan dalam Fotokimia untuk mengekspresikan energi adalah elektron volt; 1 eV = 96,46 kJ mol-1 dan λ nm dengan demikian

Karena penyerapan foton dengan panjang gelombang λ mengarah ke disosiasi, disosiasi ikatan energi dapat sesuai dengan puncak serapan

Saat ini, proses fotokimia digunakan dalam teknologi dan industri dalam berbagai cara. Tujuan fundamental dapat diklasifikasikan menurut fungsi yang melekat pada cahaya:

A     B ± ∆G

1.      Cahaya sebagai reaktan
- Ringkasan dari B yang spesifik
- Foto-stabilisasi dari A (mencegah pembentukan B tidak diinginkan)

2.      Cahaya sebagai sumber informasi (Penyimpanan sinyal optik dalam bentuk kimia)
- Profil penyerapan optik (penyimpanan gambar)
- Profil bahan (fotolitografi)

3.      Cahaya sebagai pembawa energi
(Endo-energik pembentukan produk B (∆_RG 􀀁> 0) dan penyimpanan energi cahaya dalam bentuk kimia)

Baca juga : Pengertian Fotokimia dan Jenis-jenis reaksinya.

Di update Oktober 2015