Фотохимические реакции

Сазонов Василий Викторович, учитель химии МОУ СОШ д.Васькино

Интегрированный день. 11 класс.

Фотохимические реакции


План1. Классификация реакций по виду

инициирующей энергии.2. Закономерности фотохимических

реакций.3. Механизм свободнорадикальных

реакций.4. Примеры фотохимии:

a) Фотосинтез.b) Фотография.c) Фотодиссоциация.

5. Обобщение.


Назовите типы реакций по признаку:?

Вид энергии, инициирующий реакцию

Фотохимические реакции Радиационные реакции

Электрохимические реакции

Термохимические реакции


Фотохимические реакции — химические реакции, которые инициируются светом.

Примерами фотохимических реакций являются фотосинтез в растениях, распад бромида серебра в светочувствительном слое фотопластинки, превращение молекул кислорода в озон в верхних слоях атмосферы, фотоизомеризация и т.п.


Строение атома углерода

1s22s22р2

С

1s22s22рx12рy

1

1s22s12р3

1s22s12рx12рy

12р

y1

1s

E

2s2р

1s

E

2s2р

С*

Е

основное (стационарное)

состояние

возбужденноесостояние


Эффективность воздействия света зависит от его энергии: чем больше частота колебаний (меньше длина волны), тем выше энергия излучаемых фотонов и тем сильнее воздействие кванта света на облучаемую частицу – атом, ион или молекулу.

hЕ


А. Эйнштейн вывел формулу, являющуюся математическим выражением закона фотохимической эквивалентности, согласно которому каждая молекула, реагирующая под действием света, поглощает только один квант световой энергии; число прореагировавших молекул должно равняться числу поглощенных квантов. Количество энергии, поглощенное 1 моль прореагировавшего вещества выражается уравнением:

hc

NhNE AA


Определить энергию красногои фиолетового цвета видимого излучения

красная часть спектра λ ≈ 7,4·10–7м, Е =

фиолетовый свет λ ≈ 4·10–7 м, Е =

hc

NhNE AA


В видимом свете наименьшей энергией обладает красная часть спектра λ ≈ 7,4·10–7м,

Е = 158 кДж/моль.фиолетовый свет λ ≈ 4·10–7 м,

Е = 300кДж/моль.


Механизм свободнорадикальной реакции

HГГHCГHC nnh

nn 12222

1.Инициирование (образование свободного радикала)

E(Cl–Cl) = 243,6 кДж/моль

E(CН3–Н) = 436,8 кДж/моль

Cl2hv

2 Cl


В 1818 прибалтийский физик и химик Теодор Гротгус сформулировал один из основных законов фотохимии: химическое действие может произвести только свет, который поглощается реагирующими молекулами. Например, водород не поглощает видимый свет, а хлор поглощает только фиолетовые и синие лучи. Поэтому красный свет не может вызвать реакцию в смеси водорода с хлором.

Теодор фон Гротгус

1785-1822



HГГHCГHC nnh

nn 12222

2. Рост цепи

H + Cl2 HCl + Cl

CH4 + Cl CH3Cl + H

Cl + CH4 CH3 + HCl



HГГHCГHC nnh

nn 12222

3. Обрыв цепи

CH3 + Cl CH3Cl

H + Cl HCl

CH3 + CH3CH3CH3


Хлорирование метана

HClCHClClСlCH h 3222

HClCClClCHСl h 423

HClClCHClCH h 324

HClClCHClСlCH h 2223

хлорметан

дихлорметан

трихлорметан

(хлороформ)

тетрахлорметан (четыреххлорист

ый углерод)


Хлорирование 2-метилбутана

CH3 CH

CH3

CH2 CH3 + Cl2hv

! Вначале замещаются атомы водорода у третичных атомов углерода, затем – у

вторичных и первичных.


Хлорирование 2-метилбутана

CH3 CH

CH3

CH2 CH3 + Cl2hv

CH3 C

CH3

CH2 CH3

Cl

+ HCl

+ Cl2hv

CH3 C

CH3

CH

Cl

+ HClCH3 C

CH3

CH2 CH3

Cl Cl

CH3

2-метил-2-хлорбутан

2-метил-2,3-дихлорбутан


Задания ЕГЭПо механизму свободнорадикального замещения происходит взаимодействие:1) этена и брома2) пропена и бромоводорода3) хлорметана и гидроксида натрия4) этана и хлора


Задания ЕГЭПо радикальному механизму протекают реакции1) СН4 + Сl2 СН3Сl + НСl2) С2Н4 + Н2O С2Н5ОН3) С2Н6 + HNO3 C2H5NO2 + Н2O4) С2Н2 + Н2O СН3СНО5) C2H6 + Br2 C2H5Br + HBr6) С2Н5ОН + НВг С2Н5Вг + Н2O


Реакция бромирования пропана протекает1) по радикальному механизму2) в несколько стадий3) с разрывом связи в молекуле брома в начале реакции4) в соответствии с правилом В.В. Марковникова5) в присутствии катализатора6) с преимущественным образованием 1-бромпропана

Задания ЕГЭ


Фотодиссоциация (фотолиз)

Очень важны реакции фотодиссоциации молекул кислорода и озона, идущие в верхних слоях атмосферы.


ФотографияВ средние века алхимики знали, что соли серебра чернеют со временем, но это связывали с действием воздуха. Лишь в 1727 г. Иоганн Генрих Шульце установил, что почернение хлорида серебра происходит под действием света. В 1802 г. немецкий физик Иоганн Риттер исследовал химическое действие различных участков светового спектра.


Фотография – это способ получения видимого изображения объектов с помощью света. В качестве светочувствительного вещества в фотографии обычно применяют галогениды серебра, равномерно распределенные в виде микрокристаллов (зерен) в водном растворе защитного коллоида (обычно желатины), нанесенного на подложку.

Фотография

При небольших экспозициях формируется скрытое изображение, которое «проявляется» в присутствии восстановителя. При этом атомы серебра, по-видимому, катализируют процесс восстановления.


В начале 80-х гг. в телевикторине «Что? Где? Когда?» знатокам показали фотографию католического собора, сделанную в середине XIX столетия. Место там вообще-то очень людное, но на снимке не было ни одного человека. Последовал вопрос: «Где люди, почему их нет?» Увы, знатоки решили, что в момент съемок людей просто попросили уйти из кадра, дабы не портить пейзаж.

Фотография

Правильный ответ крылся в крайне слабой чувствительности фотоматериалов XIX века.

За полчаса экспонирования люди преспокойно успевали войти и выйти из кадра, не оставив

даже следа на фотопластинке!


ФлуоресценцияМолекула, поглотившая в первичном процессе квант света, приобретает избыточную энергию, поэтому такую молекулу называют возбужденной. В отличие от теплового воздействия, когда возбуждаются колебательные движения молекулы и возрастает ее кинетическая энергия, при поглощении фотона энергия передается электронам. С электронно возбужденной молекулой могут происходить самые разнообразные процессы. Возбужденное состояние может за очень короткое время (порядка 10–9 с) вернуться в основное состояние, отдавая избыточную энергию в виде кванта света (как правило, с меньшей энергией). Этот процесс называется флуоресценцией.


Флуоресцируют многие органические красители в растворах, например флуоресцеин. Фосфоресценция наблюдается у некоторых красителей, растворенных в твердых стеклах, и у минералов, таких, как сульфид цинка, который испускает свет спустя длительное время после помещения в темноту.

Люминесценция


Возбужденные продукты образуются в результате некоторых химических реакций. Если при этом происходит испускание света, то говорят, что имеет место хемилюминесценция. Одна из наиболее эффективных хемилюминесцентных систем обнаружена у светляков. Свечение происходит в результате окисления люциферина, катализируемого люциферазой.

Люминесценция


Отличительной особенностью фотохимических реакций является то, что скорость их протекания не зависит от температуры и определяется только вероятностью поглощения квантов света, которая практически не зависит от температуры.Основными требованиями для

фотохимических реакций являются:энергия источника излучения должна

соответствовать энергии электронного перехода между орбиталями;

излучение должно быть способным достичь целевых функциональных групп и не быть заблокированным реактором и другими функциональными группами.

Documents

Фотохимические реакции