Помощничек
Главная | Обратная связь


Археология
Архитектура
Астрономия
Аудит
Биология
Ботаника
Бухгалтерский учёт
Войное дело
Генетика
География
Геология
Дизайн
Искусство
История
Кино
Кулинария
Культура
Литература
Математика
Медицина
Металлургия
Мифология
Музыка
Психология
Религия
Спорт
Строительство
Техника
Транспорт
Туризм
Усадьба
Физика
Фотография
Химия
Экология
Электричество
Электроника
Энергетика

Фотохимические реакции



 

К фотохимическим относятся реакции, обуславливаемые действием лучистой энергии, главным образом , видимой части спектра электромагнитного излучения. Например, смесь газов водорода и фтора при ее освещении реагирует со взрывом; бромид серебра на свету разлагается с выделением металлического серебра; синтез сложных органических веществ растениями в процессе их жизнедеятельности также имеет фотохимическую основу (фотосинтез) и т.д.

Очевидно, что на химическое состояние вещества может влиять то излучение, фотоны которого имеют энергию не ниже значений энергии химической связи, составляющей, в основном, 40 – 400 кДж/моль, что соответствует 1–10 эв (электронвольт) на одну связь.

Фотоны, энергия которых лежит в указанных пределах, могут быть названы фотохимическими. Они возбуждают молекулу (ослабляют связи), вызывают перестройку ее внутренней структуры, разрыв старых внутримолекулярных связей и формирование новых, таким образом образуются новые молекулы – продукты реакции. Часто разрыв связей в молекулах приводит к образованию отдельных атомов или радикалов, обладающих очень высокой реакционной способностью, что инициирует цепные реакции.

Фотохимические фотоны отвечают очень узкой области длин волн электромагнитного излучения, приблизительно 1000 – 10000А0, что и отвечает квантам с энергиями порядка десятка электронвольт.

Некоторые примеры реакций, способных протекать фотохимическим путем (в скобках приведены длины волн излучения в ангстремах, вызывающие эти реакции):

 

1) 2NH3 « N2 + 3H2 (2141)

2) 2CO + O2 « 2CO2 (1470)

3) 2HI « H2 + I2 (2000-2800)

4) H2S « H2 + S (2080)

 

В принципе, инициировать протекание подобных реакций можно и за счет повышения температуры. Однако, аналогичный эффект может быть достигнут только при температурах порядка 1000 - 15000С, что, чаще всего, невыгодно по технологическим и экономическим соображениям.

Фотохимических реакций очень много. Важнейшим процессом в природе, значение которого невозможно переоценить, является фотосинтез в растениях. Под воздействием энергии солнечной радиации в зеленом листе растения протекает целый комплекс синтетических процессов, исходным материалом для которого служат углекислый газ, вода, минеральные соли. Конечными продуктами являются крахмал, клетчатка, белки, жиры и другие сложные органические вещества. Процесс фотосинтеза осуществляется при непосредственном участии важнейшего природного фотокатализатора – хлорофилла, а также многих других окислительно-восстановительных ферментов (биокатализаторов).

Процесс фотосинтеза простейшего углевода – глюкозы C6H12O6 – можно представить в виде следующего суммарного уравнения:

 

6CO2 + 6H2O ® C6H12O6 + 6O2 - 161 кДж

 

Масса органического вещества, синтезируемая растениями ежегодно, достигает многих сотен миллиардов тонн. Подсчитано, что из углекислого газа воздуха ежегодно фотосинтетически усваивается приблизительно 1,75 1011 тонн углерода, что эквивалентно десятку богатых (с запасами 5-7 млрд. тонн) месторождений угля. Одновременно в атмосферу возвращается около 4,7 1011 тонн газообразного кислорода (всего в воздухе содержится 1,3 1015 тонн кислорода, что, как считается, имеет биогенное происхождение, т.е. является продуктом фотосинтетического процесса).

Схожим процессом является фоторедукция, составляющая основу углеродистого питания микроорганизмов. Отличие от фотосинтеза состоит в том, что газообразный кислород не выделяется (остается химически связанным в продуктах реакции).

Процесс фоторедукции имеет место, например при жизнедеятельности определенного вида бактерий, выделяющих серу из сероводорода по схематическому уравнению

CO2 + 2H2S ® CH2O + H2O + 2S

 

Еще одним важнейшим процессом, играющим важнейшую роль для сохранения жизни на земле, является процесс образования озона в верхних слоях атмосферы. За счет коротковолновой составляющей солнечной радиации протекает фотохимический процесс (звездочкой отмечены возбужденные молекулы):

O2 ® O2* ; O2 + O2* ® O3 + O

 

Таким путем в атмосфере возникает зона, относительно богатая озоном. Последний поглощает и, таким образом, не пропускает на поверхность земли губительную для человека и всего живого составляющую солнечной радиации - лучи с длиной волны 2500 - 2600 А0.

 




©2015 studenchik.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.