FQ-Engel

19.8 Fotoquímica 509
La Ecuación (19.125) se puede resolver para [R•] para dar lugar a
k
[ Rg ] = ( e
ef t
−1)
k
ef
(19.126)
La Ecuación (19.126) muestra que [R•] es dependiente de k eff
. Se pueden abordar dos casos,
dependiendo de la magnitud de k t
en comparación con k b
( f − 1). En el límite en el que
k t
>> k b
( f − 1), domina la terminación y la Ecuación (19.126) se convierte en
−kt
lim [ Ri] = ( 1−e
t )
(19.127)
kt>> kb( f−1)
kt
La Ecuación (19.127) muestra que en este límite la concentración radical alcanzará un valor
límite de k t a t = ∞. La interpretación de este comportamiento límite es que la [R•]
nunca llegará a ser suficientemente grande para soportar la ramificación y no ocurrirá una
explosión. El segundo límite ocurre cuando k b
( f – 1) >> k t
y domina la ramificación. En
este límite, la Ecuación (19.126) se convierte en
lim [ ]
( ) ( kb
( f−1)
t
Ri = e −1
)
f− 1 >> k k f −1
kb( )
t
b
(19.128)
La Ecuación (19.128) muestra que [R•] se predice que aumenta exponencialmente correspondiendo
a una explosión. Este simple mecanismo ilustra la importancia de la propagación/ramificación
eficiente para promocionar las explosiones en las reacciones de ramificación
en cadena.
19.8 Fotoquímica
Los procesos fotoquímicos implican la iniciación de una reacción química a través de la absorción
de un fotón por un átomo o molécula. En estas reacciones, los fotones se pueden
concebir como reactantes y la iniciación de la reacción ocurre cuando se absorbe el fotón.
Las reacciones fotoquímicas son importantes en una amplia variedad de áreas. El evento
más importante de la visión implica la absorción de un fotón por el pigmento visual rodopsina.
La fotosíntesis implica la conversión de la energía lumínica en energía química
por las plantas y bacterias. Finalmente, en la atmósfera tienen lugar numerosas reacciones
fotoquímicas (por ejemplo, la producción y descomposición de ozono) que son críticos para
la vida en la Tierra. Como se ilustra en estos ejemplos, las reacciones fotoquímicas son un
área extremadamente importante de la Química, y se exploran en esta sección.
19.8.1 Procesos fotoquímicos
Cuando una molécula absorbe un fotón de luz, la energía contenida en el fotón se transfiere a
la molécula. La cantidad de energía contenida en un fotón está dada por la ecuación de Planck:
hc
Efotón = h = l
(19.129)
En la Ecuación (19.129), h es la constante de Planck (6.626 × 10 −34 J s), c es la velocidad
de la luz en el vacío (3.00 × 10 8 m s −1 ), es la frecuencia de la luz y l es la longitud de
onda correspondiente de la luz. Un mol de fotones se denomina Einstein, y la energía contenida
en un Einstein de fotones es el número de Avogadro veces E fotón
. La intensidad de la
luz se establece generalmente como energía por unidad de área por unidad de tiempo. Como
un julio por segundo es un watio, una unidad típica de intensidad es W cm −2 .
El proceso fotoquímico más simple es la absorción de un fotón por un reactante, resultando
la formación de producto:
h
A⎯⎯→P
(19.130)