LA FOTOQUIMICA
La foto fotoqu quím ímic ica, a, una una subd subdis isci cipl plin ina a de la quím químic ica, a, es el estu estudi dio o de las las inte intera racc ccio ione nes s entr entre e átom átomos os,, molé molécu cula las s pequ pequeñ eñas as,, y la luz luz (o radi radiac ació ión n electromagnética). La primera ley de la fotoquímica, conocida como la ley de Grotthus!raper, establece que la luz debe ser absorbida por una sustancia química para que dé lugar a una reacción "otoquímica. La segunda segunda ley de la fotoqu fotoquímic ímica, a, la ley de #tar$%instein, establece que para para cada cada "otón "otón de luz absorb absorbido ido por un sistem sistema a químic químico, o, solam solament ente e una una molécula es acti&ada para una reacción "otoquímica. %sto es también conocido como la ley de la "otoequi&alencia y "ue deri&ada por 'lbert %instein en el momento en que la teoría cuántica de la luz estaba siendo desarrollada. a "otoquímica puede ser introducida como una reacción que procede con la abso absorc rció ión n de luz. luz. orm ormal alme ment nte, e, una una reac reacci ción ón (no (no sólo sólo una una reac reacci ción ón "oto "otoqu quími ímica ca)) ocur ocurre re cuan cuando do una una molé molécu cula la gana gana la ener energí gía a de acti& acti&ac ació ión n necesaria para e*perimentar cambios. +n eemplo de esto es la combustión de la gasoli gasolina na (un hidrocar hidrocarbu buro) ro) en dió*id dió*ido o de carbon carbono o y agua. agua. %sta %sta es una reacción química en la que una o más moléculas o especies químicas se trans trans"o "orm rman an en otra otras. s. -ara -ara que que esta esta reac reacci ción ón se lle& lle&e e a cabo cabo debe debe ser ser suministrada energía de acti&ación. a energía de acti&ación es pro&ista en la "orma de calor o una chispa. chispa. %n el caso de las reaccione reacciones s "otoquímica "otoquímicas, s, es la luz la que pro&ee la energía de acti&ación. a absorción de un "otón de luz por una molécula reacti&a puede además permitir que ocurra una reacción no sólo lle&ando la molécula a la energía de acti&ación necesaria, sino también cambiando la simetría de la con"iguración electrónica de la molécula, permitiendo un camino de reacción de otra "orma inaccesible. os os pila pilare res s de la "oto "otoqu quím ímic ica a son son la espe espect ctro rosc scop opia ia +, +, reac reacci cion ones es "otoquímicas en química orgánica y "otosíntesis en bioquímica. egiones del espectro electromagn!tico %l espect espectro ro electr electroma omagné gnétic tico o es amplio amplio,, sin embarg embargo, o, un "otoqu "otoquími ímico co se encontrará trabaando con algunas regiones cla&e. 'lgunas de las secciones más ampliamente usadas del espectro electromagnético incluyen/ •
uz isible/ 011211 nm
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+ltra&ioleta/ 311011 nm
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4n"rarroo cercano/ 2113111 nm
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4n"rarroo leano/ 353111 6m
eacci"n fotoquímica %n la reacción "otoquímica o reacción inducida por la luz, generalmente la luz act7a produciendo radicales libres en las moléculas, como 89 o :8. %stas reacciones son típicas de la atmós"era, teniendo un papel importante en la "ormación de contaminantes secundarios a partir de gases emitidos por combustiones y acti&idades humanas, como los ó*idos de nitrógeno (9*) y los hidrocarburos. 9tro interés de estas reacciones radica en su potencial uso en la o*idación de materia orgánica presente en aguas contaminadas (-9', o -rocesos de o*idación a&anzada), donde se emplean o*idantes tales como agua o*igenada u ozono, luz ultra&ioleta y dió*ido de tit anio como catalizador. ;as reacciones "otoquímicas; se producen como consecuencia de la aparición en la atmós"era de o*idantes, originados al reaccionar entre sí los ó*idos de nitrógeno, los hidrocarburos y el o*ígeno en presencia de la radiación ultra&ioleta de los rayos del sol. a "ormación de los o*idantes se &e "a&orecida en situaciones estacionarias de altas presiones asociados a una "uerte insolación y &ientos débiles que di"icultan la dispersión de los contaminantes primarios. #i se tienen reacciones iniciadas por energía procedente de luz, se denomina reacción "otoquímica. #e dice que las molécula de o*igeno en la reacción en el ambiente ha sido descompuesta "otoquímicamente o bien ha su"rido una "otólisis. !entro de las reacciones "otoquímicas encontramos que se rige por una serie de leyes "undamentales como/ •
Ley de a#sorci"n de $rott%us&'raper +na radiación no puede pro&ocar acción química más que si es absorbida por un cuerpo (o un sistema de cuerpos)< si no, no puede haber transmisión de energía luminosa. %s con&eniente señalar que las radiaciones que constituyen el color de un cuerpo son ustamente las no absorbidas. o tienen, por lo tanto, e"ecto sobre el mismo. -or el contrario las radiaciones complementarias de éste color son absorbidas y son susceptibles de acción. -or eemplo, una sustancia de color &erde emite el &erde pero absorbe el roo y el azul. o podrá ser descompuesta más que por estos dos 7ltimos colores.
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Ley energ!tica -ara que una radiación luminosa act7e e"icazmente, debe poseer una energía, por lo menos, igual a la necesaria para la trans"ormación química. #e sabe que la radiaciones poseen tanta más energía cuanto más cortas sean sus longitudes de onda (o más ele&adas sean sus "recuencias). a energía transportada por un "otón &iene dada por la e*presión/ %=h&, donde & es la "recuencia de la radiación y h es la constante de -lanc$, igual a >,55*31?2 ergios.
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Ley de la equi(alencia fotoquímica )o ley de *instein+ ' cada "otón absorbido, corresponde una molécula descompuesta o combinada. #e sobreentiende que los "otones acti&os satis"acen la ley energética precedente. #eg7n esto se comprueba que prácticamente el n7mero de "otones acti&os absorbidos en una reacción química, corresponde raramente al n7mero de moléculas descompuestas con el n7mero de "otones absorbidos, se obtiene un rendimiento cuántico que &aría entre amplios límites, de 1,3 a 3111 (y más). #ólo algunas reacciones tienen un rendimiento teórico igual a la unidad. ' pesar de estas contradicciones, no se puede poner en duda la &alidez de la ley de %instein, y la razón de las &ariaciones e*perimentales es simple/ •
:uando la reacción química e*ige una aportación de energía (reacción endotérmica, como en el caso de los haluros de plata, r es todo lo más igual a 3. %n general es más pequeño, como en la descomposición "otoquímica del clorhídrico gas, pues esta reacción es re&ersible.
-ara descomponer el amoníaco 8@ en nitrógeno e hidrógeno, por los rayos ultra&ioletas, son precisos cuatro "otones por molécula (= 1,?5.). #eg7n la longitud de onda, se puede modi"icar el equilibrio "otoquímica a un sentido u otro. 'sí, en la reacción re&ersible ácido maléico ácido "umárico donde con el ultra&ioleta = @3@ mm e*iste 00 A de ácido maleico y 5> A de ácido "umárico, mientras que con una onda más corta = ?11 mm, el ácido maleico se regenera, con un 25 A de ácido maleico y ?5 A de ácido "umárico. %n el primer caso, el rendimiento cuántico es de 1,1@ mientras que se ele&a a 1,3, por la reacción in&ersa. •
:uando las radiaciones absorbidas pro&ocan primero una acti&ación de la molécula, que reacciona a continuación sobre una segunda molécula neutra para dar productos de descomposición, seg7n el esquema siguiente/
A - %( . )A+ )A+ - A . /A - / *l rendimiento cu0ntico es casi igual a /1
!entro de las tecnologías aplicadas a las reacciones "otoquímicas encontramos que estas tecnologías se basan en los e"ectos determinados por la luz en determinadas sustancias químicas mediante procedimientos pertenecientes a "enómenos "ísicos como la óptica y procedimientos mecánicos como el obturador. a base de estas tecnologías se encuentra en un soporte de celuloide re&estido 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 re"lean los obetos y graduar su incidencia en la emulsión de la película para dearla sensibilizada de "orma que en el re&elado se produzca una reacción química mediante la cual las sales de plata &arían su colocación de di"erente 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 "ísica óptica y un proceso químico.