Rendimento quântico

O rendimento quântico (Φ) de um processo induzido por radiação é o número de vezes que um evento específico ocorre por fóton absorvido pelo sistema. O "evento" é tipicamente um tipo de reação química.

Aplicações

O rendimento quântico para a decomposição de uma molécula reagente em uma reação de decomposição é definida como:

${\displaystyle \Phi ={\frac {\rm {\#\ moleculas\ decompostas}}{\rm {\#\ fotons\ absorvidos}}}}$

O rendimento quântico pode também ser definido por outros eventos, tais como fluorescência:^[1]

${\displaystyle \Phi ={\frac {\rm {\#\ fotons\ emitidos}}{\rm {\#\ fotons\ absorvidos}}}}$

Aqui, rendimento quântico é a eficiência de emissão de um dado fluoróforo.

Exemplos

O rendimento quântico é usado na modelagem de fotossíntese:^[2]

${\displaystyle \Phi ={\frac {\rm {\mu mol\ CO_{2}\ fixo}}{\rm {\mu mol\ fotons\ absorvidos}}}}$

Em um processo de fotodegradação química, quando uma molécula dissocia-se após absorver um quantum de luz, o rendimento quântico é o número de moléculas destruídas dividido pelo número de fótons absorvidos pelo sistema. Dado que nem todos os fótons são absorvidos produtivamente, o rendimento quântico típico será menor que 1.

Rendimentos quânticos menores que 1 são possíveis para reações em cadeia fotoinduzidas ou induzidas por radiação, na qual um único fóton pode acionar uma longa cadeia de transformações. Um exemplo é a reação de hidrogênio com cloro, na qual tanto quanto 10⁶ moléculas de cloreto de hidrogênio pode ser formado por quantum de luz azul absorvida.^[3]

Em espectroscopia óptica, o rendimento quântico é a probabilidade de que um dado estado quântico seja formado a partir do sistema inicialmente preparado em algum outro estado quântico. Por exemplo, um rendimento quântico de transição singleto a tripleto é a fração de moléculas que, após ser fotoexcitada em um estado singleto, cruza ao estado tripleto.

O rendimento quântico de fluorescência é definido como a razão do número de fótons emitidos sobre com o o número de fótons absorvidos.^[1] Experimentalmente, o rendimento quântico de fluorescência relativo pode ser determinado por medir-se a fluorescência de um fluoróforo de rendimento quântico conhecido com os mesmo parâmetros experimentais (comprimento de onda excitação, larguras de fenda, voltagem fotomultiplicadora, etc.) da substância em questão. O rendimento quântico é então calculado por:

${\displaystyle \Phi =\Phi _{\mathrm {R} }\times {\frac {\mathit {Int}}{{\mathit {Int}}_{\mathrm {R} }}}{\frac {1-10^{-A_{\mathrm {R} }}}{1-10^{-A}}}{\frac {{n}^{2}}{{n_{\mathrm {R} }}^{2}}}}$

onde ${\displaystyle \Phi }$ é o rendimento quântico, Int é a área sob o pico de emissão(em uma escala de comprimento de onda), A é absorbância (também chamada "densidade óptica") no comprimento de onda na excitação, e n é o índice refrativo do solvente. O R subscrito denota os respectivos valores da substância referência.^[4]

Referências

1. Lakowicz, Joseph R. Principles of Fluorescence Spectroscopy (Kluwer Academic / Plenum Publishers 1999) p.10. ISBN 978-0-387-31278-1
2. Skillman JB (2008). «Quantum yield variation across the three pathways of photosynthesis: not yet out of the dark». J. Exp. Bot. 59 (7): 1647–61. PMID 18359752. doi:10.1093/jxb/ern029
3. Laidler K.J., Chemical Kinetics (3rd ed., Harper & Row 1987) p.289 ISBN 0-06-043862-2
4. Albert M. Brouwer, Standards for photoluminescence quantum yield measurements in solution (IUPAC Technical Report), Pure Appl. Chem., Vol. 83, No. 12, pp. 2213–2228, 2011. doi:10.1351/PAC-REP-10-09-31.

Ver também

• Eficiência quântica