Photochemie

Fotochemie

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Pho|to|che|mie 〈[-çe-] f. 19; unz.〉 = Fotochemie

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Pho|to|che|mie: Teilgebiet der Chemie, das sich mit den Prozessen befasst, die der elektronischen ↑ Anregung von Atomen, Ionen u. Molekülen infolge quantenhafter Absorption elektromagnetischer Strahlung (Licht, Ultraviolettstrahlung, Infrarotstrahlung) folgen. Einige Untersuchungsthemen der P. sind z. B. photochemische Primär- u. Sekundärprozesse (Jabl̷on̓ski-Diagramm), Lumineszenz, Sensibilisation (1), Photochromie, Photoleitfähigkeit u. die pflanzliche Photosynthese sowie die präparative u. ggf. technische Nutzung photochemischer Reaktionen (Photolysen, Photoadditionen, -chlorierungen, -cyclisationen, -isomerisierungen, -oxidationen, -polymerisationen etc.), vgl. Photobiologie u. Photographie.

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Photochemie,

 

Fotochemie, Teilgebiet der Chemie, das sich mit chemischen Reaktionen befasst, die durch elektromagnetische Strahlung (Licht) initiiert werden, sofern die absorbierte Strahlungsenergie nicht in Wärme umgewandelt oder als Strahlung (Lumineszenz) emittiert wird. Die erforderliche Energiezufuhr erfolgt bei photochemischen Prozessen (im Unterschied zu anderen chemischen Prozessen) im Allgemeinen durch Absorption von Licht (Photonen) im ultravioletten, sichtbaren oder infraroten Bereich der elektromagnetischen Strahlung, das z. B. von der Sonne, von Quecksilberlampen beziehungsweise Lasern (Laserchemie) abgegeben wird. Die dabei zugeführte Energie dient insbesondere zur Aktivierung (Photoaktivierung) und kann in spezifischen Prozessen teilweise als freie Enthalpie gespeichert werden (z. B. Photosynthese). Die chemischen Reaktionen der durch Lichtabsorption entstehenden elektronisch angeregten Atome oder Moleküle (Anregung) oder die in manchen Fällen unmittelbar zu sehr reaktiven Zwischenprodukten im elektronischen Grundzustand führenden Absorptionsprozesse werden als Primärprozesse bezeichnet. Deren Produkte können in Sekundärprozessen zu stabilen Reaktionsprodukten abreagieren, z. B. in Primärreaktionen gebildete Ionen beziehungsweise Radikale durch Kettenreaktionen oder Rekombination. In Konkurrenz zu den photochemischen Reaktionen treten neben der Lumineszenz strahlungslose Übergänge (zwischen Zuständen gleicher Multiplizität: interne Konversion, »IC«; zwischen Zuständen verschiedener Multiplizität: Interkombinationsübergänge, englisch »intersystem crossing, ICS«) und Stoßdesaktivierung auf. Diese Prozesse können die Quantenausbeute verringern, die ein Maß für die Effizienz der Umwandlung von Ausgangsstoffen oder die Herstellung von Endprodukten, bezogen auf die Zahl der absorbierten Photonen, ist.

 

Grundgesetze der Photochemie sind das grotthußsche Gesetz, nach dem nur das absorbierte Licht eine photochemische Reaktion hervorrufen kann, und das Stark-Einstein-Gesetz (Quantenäquivalentgesetz), nach dem bei der Lichtabsorption jeweils ein Atom (oder Molekül) durch Absorption eines Lichtquants (Photons) in einen elektronisch angeregten Zustand angehoben wird. Die zur Anregung eines Mols eines Stoffes erforderliche Energie E = N_A · hν wird als photochemisches Äquivalent bezeichnet, wobei N_A die Avogadro-Konstante, h das plancksche Wirkungsquantum und ν die Frequenz der Strahlung ist (Bunsen-Roscoe-Gesetz). Wieviel Licht tatsächlich absorbiert werden kann, wird durch das Lambert-Beer-Gesetz beschrieben.

 

Neben der Photosynthese als wichtigstem photochemischem Prozess sind für das organische Leben photochemische Reaktionen in der Atmosphäre (biogene und anthropogene Stoffe, Ozonschicht, Smog), an der Erdoberfläche (Assimilation des Kohlendioxids) und im Meerwasser von Bedeutung; bei höheren Organismen spielen sie z. B. für den Sehvorgang und bei der Umwandlung von Ergosterin in Vitamin D₂ unter Einwirkung von UV-Strahlung eine bedeutende Rolle. Kurzwellige UV-Strahlung kann Hautkrebs hervorrufen und sichtbares Licht wird in der photodynamischen Krebstherapie eingesetzt. Technische Anwendungen finden u. a. photochemisch ausgelöste Kettenreaktionen wie Oxidationen, Chlorierung, Sulfoxidation und Sulfochlorierung von Kohlenwasserstoffen, Herstellung und Verarbeitung von Materialien zur Informationsaufzeichnung (Fotografie, Photopolymerisation) sowie Untersuchungen zur Reaktionskinetik und zu Reaktionsmechanismen.

 

Literatur:

 

Einf. in die P., hg. v. H. G. O. Becker (³1991).

 

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Pho|to|che|mie, die; -: Teilgebiet der Chemie, das die durch Licht od. andere elektromagnetische Strahlung ausgelösten Reaktionen untersucht.