8.4: Fotólisis

Última actualización
Guardar como PDF

Page ID: 79465

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

Hemos visto que la absorción de fotones (especialmente en el espectro ultravioleta-visible) está conectada a la excitación de los electrones. Después de la excitación, varias vías de relajación diferentes conducen al estado fundamental. A veces, la absorción de un fotón conduce a un resultado muy diferente. En lugar de simplemente relajarse de nuevo, las moléculas pueden sufrir reacciones de ruptura de enlaces, en su lugar.

Un ejemplo de este fenómeno se observa en el ion complejo [Co (NH ₃)] ₆ ³⁺. La adición de luz UV a este complejo da como resultado la pérdida de amoníaco. Sin embargo, en ausencia de luz UV, el ion complejo es bastante estable.

En muchos casos, la pérdida de un ligando va seguida de la sustitución por uno nuevo. Por ejemplo, si se fotoliza una solución acuosa de [Co (NH ₃)] ₆ ³⁺, un ligando de amoníaco se reemplaza fácilmente por agua.

Ejercicio\(\PageIndex{1}\)

Dibuje un diagrama de división orbital d para [Co (NH ₃)] ₆ ³⁺. Explique por qué este complejo es normalmente inerte hacia la sustitución.

Ejercicio\(\PageIndex{2}\)

Utilice el diagrama de división orbital d para [Co (NH ₃)] ₆ ³⁺ para explicar por qué este complejo se somete a sustitución tras la irradiación con luz UV

Fotólisis es el término utilizado para describir el uso de la luz para iniciar eventos rompehuesos. La fotólisis implica frecuentemente el uso de lámparas ultravioletas de alta intensidad. La luz de alta intensidad es necesaria para proporcionar suficientes fotones para obtener una mayor conversión del reactivo en un producto deseado.

Dos cosas muy diferentes podrían suceder como resultado de la absorción de fotones. En un caso, la molécula absorbe el fotón, luego de alguna manera se relaja nuevamente, permaneciendo sin cambios en general. En el otro caso, la absorción del fotón da como resultado la escisión del enlace y la formación de un nuevo producto. Como resultado, por cada fotón absorbido, existe una cierta posibilidad de que la molécula realmente sufra una reacción, y cierta posibilidad de que la molécula simplemente se relaje nuevamente.

“Rendimiento cuántico” es una expresión utilizada para definir la eficiencia de una reacción fotolítica. El rendimiento cuántico es solo el número de moléculas de reactivo formadas por fotón absorbido. A nivel macroscópico, podríamos decir que es el número de moles de reactivo formados por mol de fotones absorbidos.

Rendimiento cuántico = número de moléculas de producto formado/ número de fotones absorbidos

Cuanto mayor sea el rendimiento cuántico, más eficiente será la reacción, ya que requiere menos luz para formar con éxito el producto.

Ejercicio\(\PageIndex{3}\)

Calcular el rendimiento cuántico en los siguientes casos.

6 milimoles de producto resultan de la absorción de 24 milimoles de fotones.
Se requieren 54 milimoles de fotones para producir 3 milimoles de producto.
Se forman 1.2 x 10 ^-6 moles de producto después de la absorción de 4.2 x 10 ^-5 moles de fotones.

En la práctica, la determinación del rendimiento cuántico es complicada por la necesidad de calcular exactamente cuántos fotones se han absorbido, además de cuánto producto se ha formado.