Fotokimia

Fotokimia ialah bahagian ilmu kimia yang mengandungi interaksi antara atom, molekul kecil, dan cahaya (atau radiasi elektromagnetik). Secara amnya, perkataan fotokimia digunakan untuk menerangkan reaksi kimia yang terjadi akibat penyerapan cahaya ultraviolet (100 - 400 nm), cahaya nampak (400-750 nm) atau radiasi infared (750-2500 nm)^[1].

Reaktor telaga rendaman fotokimia 50 mL dengan lampu wap merkuri.

Secara amnya, ilmu fotokimia sangat penting kerana ilmu ini merupakan asas bagi fotosintesis, penglihatan, dan pembentukan vitamin D dengan cahaya matahari. Reakksi ini juga bertanggungjawab terhadap kemunculan mutasi DNA yang menyebabkan kanser kulit.

Tindak balas fotokimia berbeza dengan tindak balas yang didorong oleh suhu. Laluan fotokimia mengakses perantaraan tenaga tinggi yang tidak boleh dijana secara termal, oleh itu mengatasi halangan pengaktifan yang besar dalam tempoh masa yang singkat. Ia seterusnya membawa kepada tindak balas yang sebaliknya yang tidak boleh diakses oleh proses termal. Fotokimia juga boleh merosakkan, seperti dalam proses fotodegradasi plastik.

Konsep

Hukum Grotthuss–Draper dan Hukum Stark–Einstein

Hukum Grotthus-Draper menerangkan bahawa "Photoexcitation" merupakan langkah pertama dalam proses fotokimia di mana bahan tindak balas dinaikkan kepada keadaan tenaga yang lebih tinggi, ataupun keadaan teruja. Hukum pertama fotokimia, yang dikenali sebagai hukum Grotthuss-Draper (sempena ahli kimia Theodor Grotthuss dan John W. Draper), menyatakan bahawa cahaya mesti diserap oleh bahan tindak balas agar tindak balas fotokimia boleh berlaku. Menurut hukum kedua fotokimia, yang dikenali sebagai hukum Stark–Einstein (sempena ahli fizik Johannes Stark dan Albert Einstein), bagi setiap foton cahaya yang diserap oleh bahan kimia, hanya satu molekul sahaja yang diaktifkan dalam tindak balas fotokimia seperti yang ditakrifkan dalam hasil kuantum^[2].

Pendarfluor dan berphosphorus

Apabila molekul atau atom dalam keadaan dasar (S0) menyerap cahaya, satu elektron yang teruja mara ke tahap orbit yang lebih tinggi. Elektron ini mengekalkan putarannya mengikut peraturan pemilihan putaran dan peralihan lain akan melanggar hukum pemuliharaan momentum sudut. Pengujaan kepada keadaan singlet yang lebih tinggi boleh terjadi dari HOMO ke LUMO atau ke orbital yang lebih tinggi. Hal ini agar pengujaan singlet dapat menyatakan S1, S2, S3... pada tenaga yang berbeza.

Gambar rajah Jablonski. Laluan sinaran diwakili oleh anak panah lurus dan laluan bukan sinaran dengan garisan kerinting.

Hukum Kasha menetapkan bahawa keadaan singlet yang lebih tinggi akan cepat berehat dengan pereputan tanpa sinaran atau penukaran dalaman (IC) kepada S1. Oleh itu, S1 biasanya, tetapi tidak selalu, merupakan satu-satunya keadaan teruja singlet yang relevan. Keadaan teruja S1 ini boleh mengendur lagi ke S0 oleh IC, tetapi juga dengan peralihan sinaran yang dibenarkan dari S1 ke S0 yang memancarkan foton; proses ini dipanggil pendarfluor.

Rujukan

1. IUPAC Color Books (dalam bahasa Inggeris), 2023-12-15, dicapai pada 2023-12-26
2. Reusch, William. "Photochemistry". www2.chemistry.msu.edu (dalam bahasa Inggeris). Dicapai pada 2023-12-26.