República Bolivariana de Venezuela
Universidad Pedagógica Experimental
Libertador
Instituto Pedagógico de Caracas
Fotografía
Prof: Nancy Urosa
Alumno:
Leonardo
A. Medina O.
C.I. 22.020.488
Tema: Fotoquímica
Ilustración del espectro
electromagnético
La fotoquímica, una
subdisciplina de la química, es el
estudio de las interacciones entre átomos, moléculas pequeñas, y la luz o radiación electromagnética.
La primera ley de la fotoquímica, conocida como la ley de los químicos Theodor Grotthuss y John draper, establece que la luz debe ser absorbida por una sustancia química para
que dé lugar a una reacción fotoquímica.
La segunda ley de la fotoquímica, la ley de Stark-Einstein, establece que
para cada fotón de luz
absorbido por un sistema químico, solamente una molécula es activada para una
reacción fotoquímica. Esto es también conocido como la ley de la
fotoequivalencia y fue derivada por Albert Einstein en el momento en que la teoría cuántica de la luz estaba siendo desarrollada.
La fotoquímica puede ser introducida como una reacción que procede con la absorción de luz.
Normalmente, una reacción (no sólo una reacción fotoquímica) ocurre cuando una
molécula gana la energia de activación necesaria para experimentar cambios. Un
ejemplo de esto es la combustión de la gasolina, un hidrocaburo en dióxido de carbono y agua. Esta es una
reacción química en la que una o más moléculas o especies químicas se
transforman en otras. Para que esta reacción se lleve a cabo debe ser
suministrada energía de activación. La energía de activación es provista en la
forma de calor o una chispa. En el caso de las reacciones fotoquímicas, es la
luz la que provee la energía de activación.
La absorción de un fotón de luz por una molécula reactiva puede además
permitir que ocurra una reacción no sólo llevando la molécula a la energía de
activación necesaria, sino también cambiando la simetría de la configuración electrónica de la
molécula, permitiendo un camino de reacción de otra forma inaccesible, tal como
lo describen las reglas de selección de Woodward-Hoffman. Una reacción de
cicloadición de 2+2 es un ejemplo de una reacción pericíclica que puede ser
analizada utilizando estas reglas o por la relacionada teoría del orbital
molecular.
Regiones del
espectro electromagnético
El espectro electromagnético es amplio, sin
embargo, un fotoquímico se encontrará trabajando con algunas regiones clave.
Algunas de las secciones más ampliamente usadas del espectro electromagnético
incluyen:
·
Luz Visible: 400-700 nm
· Ultravioleta:
100-400 nm
· Infrarrojo cercano: 700-1000 nm
·
Infrarrojo lejano: 15-1000 µm
Reacción Fotoquímica
En la reacción fotoquímica o reacción inducida por la luz, generalmente la luz actúa
produciendo radicales libres en las moléculas, como HO o CH. Estas reacciones
son típicas de la atmósfera, teniendo un papel importante en la formación de contaminantes secundarios a partir
de gases emitidos por combustiones y actividades humanas, como los óxidos de
nitrógeno (NOx) y los hidrocarburos. Otro interés de estas reacciones radica en
su potencial uso en la oxidación de materia orgánica presente en aguas contaminadas (POA, o
Procesos de oxidación avanzada), donde se emplean oxidantes tales como agua
oxigenada u ozono, luz ultravioleta y dióxido de titanio como catalizador.
Las fotoreacciones tienen lugar
fácilmente (siempre que pueda producirse la absorción de luz) porque la
absorción de luz lleva a la molécula a un estado excitado que contiene más energía que el estado
fundamental. Al contener más energía, la molécula excitada es más reactiva. La ventaja de
la fotoquímica es que proporciona una vía directa y rápida para la reacción
química.
"Las reacciones fotoquímicas" se producen como
consecuencia de la aparición de oxidantes en la atmófera,
originados al reaccionar entre sí los óxidos de nitrógeno, los hidrocarburos y
el oxígeno en presencia de la radiación ultravioleta de los rayos del sol.
La formación de los oxidantes se ve favorecida en situaciones estacionarias de
altas presiones asociados a una fuerte insolación y vientos débiles que
dificultan la dispersión de los contaminantes primarios. Si se tienen
reacciones iniciadas por energía procedente de luz, se denomina reacción
fotoquímica. Se dice que las molécula de oxigeno en la reacción en el ambiente
ha sido descompuesta fotoquímicamente o bien ha sufrido una fotólisis. Dentro de este también encontramos
como reacción fotoquímica como resultado de reacciones inducidas por la luz
entre los contaminantes a el llamado smog fotoquímico y a veces es descrito
como "una capa de ozono en un lugar erróneo", en contraste con el ozono estratos férico. La
formación de smog fotoquímico se produce por
reacción de los óxidos de nitrógeno con los hidrocarburos volátiles, compuestos
cada vez más comunes en ambientes urbanos. La formación de smog fotoquímico se
favorece en condiciones de inversión térmica y en zonas expuestas a la radiación solar. Una
localización donde la formación de smog es frecuente en los
angeles, esto es debido a que en esta ciudad convergen una serie de condiciones
que facilitan su formación: tráfico denso, abundancia de radiación y
situaciones de inversión térmica frecuente, sin embargo el tráfico rodado ha
trasladado el problema a otras áreas urbanas. La frecuencia de smog se
caracteriza por la acumulación de neblinas amarillentas constituidas por ozono y otro oxidantes, con
los efectos nocivos descritos anteriormente.
Dentro de las reacciones fotoquímicas
encontramos que se rige por una serie de leyes fundamentales como:
·
Ley de absorción de
Grotthus-Draper Una radiación no
puede provocar acción química más que si es absorbida por un cuerpo o un
sistema de cuerpos; si no, no puede haber transmisión de energía lumínica. Es conveniente señalar que
las radiaciones que constituyen el color de un cuerpo son justamente las no
absorbidas. No tienen, por lo tanto, efecto sobre el mismo. Por el contrario
las radiaciones complementarias de éste color son absorbidas y son susceptibles
de acción. Por ejemplo, una sustancia de color verde emite el verde pero
absorbe el rojo y el azul. No podrá ser descompuesta más que por estos dos
últimos colores.
· Ley energética Para que una radiación
luminosa actúe eficazmente, debe poseer una energía, por lo menos, igual a la
necesaria para la transformación química.
Se sabe que la radiaciones poseen tanta más energía cuanto más
cortas sean sus longitudes de onda o más elevadas sean sus frecuencias. La
energía transportada por un fotón viene dada por la expresión: E=hν, donde ν es
la frecuencia de la radiación y h es la constante de Planck, igual a 6,55x10-27 ergios.
Ley de la equivalencia
fotoquímica o ley de Einstein: cada fotón absorbido, corresponde
una molécula descompuesta o combinada. Se sobreentiende que los fotones activos
satisfacen la ley energética precedente. Según esto se comprueba que
prácticamente el número de fotones activos absorbidos en una reacción química,
corresponde raramente al número de moléculas descompuestas con el número de
fotones absorbidos,se obtiene un rendimiento cuántico que varía entre amplios
límites, de 0,1 a
1000 (y más). Sólo algunas reacciones tienen un rendimiento teórico igual a la
unidad.
A pesar de estas contradicciones, no se puede poner en duda la
validez de la ley de Einstein, y la razón de las variaciones experimentales es
simple: cuando la reacción química exige una aportación de energía (reacción
endotérmica, como en el caso de los haluros de plata, r es todo lo más igual a
1. En general es más pequeño, como en la descomposición fotoquímica del
clorhídrico gas, pues esta reacción es reversible.
Para descomponer el amoníaco NH3 en nitrógeno e hidrógeno, por los
rayos ultravioletas, son precisos cuatro fotones por molécula ( = 0,25.).
Según la longitud de onda, se puede modificar el equilibrio
fotoquímica a un sentido u otro. Así, en la reacción reversible ácido maleico
ácido fumárico donde con el ultravioleta = 313 mm existe 44 % de
ácido maleico y 56 % de ácido fumárico, mientras que con una onda más
corta = 200 mm ,
el ácido maleico se regenera, con un 75 % de ácido maleico y 25 % de
ácido fumárico. En el primer caso, el rendimiento cuántico es de 0,03 mientras
que se eleva a 0,1, por la reacción inversa.
- Cuando las radiaciones absorbidas provocan primero una activación de la molécula, que reacciona a continuación sobre una segunda molécula neutra para dar productos de descomposición, según el esquema siguiente:
AB + hv = (AB)
(AB) + AB = 2A + 2B el
rendimiento cuántico es casi igual a 2.
Dentro de las tecnologías
aplicadas a las reacciones fotoquímicas:
Encontramos que estas tecnologías se basan en los efectos
determinados por la luz en determinadas sustancias químicas mediante
procedimientos pertenecientes a fenómenos físicos como la óptica y
procedimientos mecánicos como el obturador. La base de estas tecnologías se
encuentra en un soporte de celuloide revestido de una emulsión de sales de
plata sensibles a la luz y que se conoce con el nombre usual de película, para
lograr la impresión de la película se requiere la acción de una cámara capaz de
recoger la luz que reflejan los objetos y graduar su incidencia en la emulsión de la película para
dejarla sensibilizada de forma que en el revelado se produzca una reacción química mediante la cual las sales de plata varían su colocación de
diferente manera si se trata de película de blanco y negro o color en los
lugares que han sido impactados por la luz,
por tanto se produce un proceso de física óptica y un proceso
químico.
Sistema
de reacción fotoquímica
El
propósito fundamental de la incorporación de reactores post-columna fotoquímica en un método de detección es la de convertir el
analito a partir de un producto o colección de productos, que han mejorado
significativamente las propiedades de la detección por fluorescencia (FL), la
radiación ultravioleta (UV), la detección de la CE , etc . Los aspectos más originales de la
fotoquímica proporcionan la base para una serie de reacciones (por ejemplo, la
fotólisis, photohydrolysis, reordenamientos intramoleculares,
photodimerization, fotoionización y / o reacciones de transferencia de
electrones). Por lo general, las reacciones post-columna fotolisis son
explotados en la CE ,
donde se somete a la disociación del analito para formar entidades electro activos.
Por ejemplo, los compuestos orgánicos nitrados producir el anión nitrito, que
se oxida en un electrodo de carbón vítreo para formar nitrato. Modificación de
la estructura química del analito es específica para el tipo de la reacción del
analito es capaz de someterse a las condiciones de la fase móvil. Como
consecuencia, cuando la comparación para los componentes de la matriz de la
muestra, este efecto generalmente resulta en una mayor especificidad y
selectividad para el analito y, con frecuencia, aumento de la sensibilidad.
·
La conversión de una reacción fotoquímica depende, además de la concentración de los reactivos, de la
intensidad, cantidad y longitud de onda de luz suministrada.
·
La conversión de la reacción aumenta con la
cantidad e intensidad de la energía lumínica suministrada.
·
La energía lumínica suministrada
por ciertas longitudes de onda de la luz son del orden de las energías de
activación de muchas reacciones químicas, por tanto, provocan la reacción. En
un rango de estas energías se centra la fotoquímica. Sin la citada energía
lumínica, la reacción no tiene lugar.
·
Según el modelo lineal
radial, la intensidad recibida por la solución no es función de la coordenada
axial.
·
Una medida calculada a partir
de dos valores con error tendrá un error asociado mayor que los errores
asociados a cada uno de los valores a partir de los cuales ha sido calculada.
