ứng dụng quang hóa

PHẦN 1. MỞ ĐẦU
1. Lí do chọn đề tài.


















2. Phạm vi, đối tượng nghiên cứu.
Ứng dụng của phản ứng quang hóa dưới tác động của ánh sáng trong vùng tử ngoại và khả kiến.
3. Nhiệm vụ nghiên cứu.
Làm rõ những ứng dụng của phản ứng quang hóa trong cuộc sống của con người. Trong mỗi ứng dụng, chỉ rõ phản ứng quang hoá xảy ra và cơ chế của chúng.
4. Phương pháp nghiên cứu.
Nghiên cứu và tổng hợp tài liệu trong sách giáo trình, mạng internet, luận văn tốt nghiệp, thạc sĩ và liên hệ thực tiễn trong cuộc sống.
PHẦN 2. NỘI DUNG
A. TỔNG QUAN LÝ THUYẾT.
I. Định nghĩa.
Quang hóa học là gì?
Quang hóa học là lĩnh vực nghiên cứu phản ứng hóa học dưới tác dụng của tia bức xạ thuộc vùng nhìn thấy và tia tử ngoại, khi phân tử hấp thụ năng lượng bức xạ vì chuyển sang trạng thái kích thích electron. Các tia hồng ngoại không đủ năng lượng để kích thích trạng thái electron, còn phản ứng xảy ra dưới tác dụng của của các tia cứng( tử ngoại xa, tia X, tia γ) được nghiên cứu trong lĩnh vực hóa bức xạ.
II. Các định luật quang hóa.
Phản ứng quang hóa tuân theo các định luật sau đây:
II.1. Định luật Grotthuss và Draper .
Chỉ ánh sáng bị hệ hấp thụ mới có khả năng gây ra phản ứng, nói cách khác, phản ứng quang hóa chỉ có khả năng xảy ra nếu phân tử hấp thụ ánh sáng.
II.2. Định luật Einstein .
Một photon hay lượng tử ánh sáng bị hấp thụ chỉ có khả năng kích thích một phân tử trong giai đoạn sơ cấp. Định luật này còn được gọi là định luật đương lượng quang hóa.
II.3. Quy luật do Kasha tổng kết.
Khi hấp thụ photon, phân tử có xác suất nhất định bị kích thích lên trạng thái singlet thấp nhất S1 hoặc triplet thấp nhất T1. Trong phần lớn phản ứng quang hóa hữu cơ trong dung dịch, phân tử bị kích thích lên trạng thái S1 hoặc T1. Quy luật này do Kasha tổng kết từ thực nghiệm, chủ yếu đối với các phản ứng quang hóa hữu cơ.
II.4. Định luật Lambert- Beer về sự hấp thụ ánh sáng.
Giả thiết có một luồng ánh sáng đơn sắc có cường độ Io ec/cm2.s đi qua một dung dịch có tiết diện 1cm2.


Giả thiết ở độ sâu l, cường độ ánh sáng tới là là I, khi đi qua lớp mỏng δl cường độ giảm đi một lượng δI. Gọi n là số phân tử chất hấp thụ ánh sáng trong một cm3. Như vậy, số phân tử trong lớp mỏng δl là δn= nδl. Vì số photon bị hấp thụ tỉ lệ với số phân tử hấp thụ ánh sáng nên có thể viết:


Trong đó k là hệ số tỉ lệ. Phương trình(1) là biểu thức toán học của định luật Lambert Beer. Lấy tích phân của (1) và chú ý đến điều kiện đầu I= Io, khi I= 0 ta được

Hoặc

Tỉ số
gọi là độ truyền quang, -logT = A được gọi là độ hấp thụ (trước đây gọi là mật độ quang).
Trong các biểu thức trên, n là nồng độ tính bằng phân tử/cm3. Nếu nồng độ tính bằng mol/lit và kí hiệu là C, ta có: kn = εC (4)
nghĩa là

Khi đó biểu thức (3) trở thành

ta gọi k: hệ số hấp thụ phân tử

: hệ số tắt hay hệ số hấp thụ.
Theo định luật Lambert- Beer thì tỉ số δI/I không phụ thuộc vào cường độ I của ánh sáng. Điều này chỉ đúng với sự chiếu sáng thông thường. Nếu ánh sáng có cường độ rất lớn thì định luật Lambert Beer bị vi phạm.
Ví dụ: Cho một luồng ánh sáng có cường độ I = 10-7 J/cm2 chiếu vào một lớp mỏng chất hấp thụ dày δl= 0,1mm. Giả thiết, nồng độ chất hấp thụ là C= 10-6M hoặc n= 10-6.10-23/1000=1015 phân tử/cm3. Cho k= 10-16, ta suy ra: |δI|= I.k.n.δl= 10-7 .10-16.1015 .10-2 =10-10 J/cm2 .
Giải: Đối với ánh sáng thông thường:
= 10-19 J nghĩa là có:

Photon bị hấp thụ trong 1s bởi lớp mỏng 0,1mm trên diện tích 1cm2, khi bị chiếu sáng bởi ánh sáng có cường độ 10-7 J/cm2. Đó thường là cường độ