Reacțiile fotochimice Chemat care apar sub influența luminii. Deoarece orice reacție chimică cauzată de procese care implică electroni de valență, este clar că acțiunea chimică a luminii este determinată de interacțiunea cu electronii din exterior: straturi de coji de electroni de atomi. Deoarece cantitatea de energie absorbită este proporțională cu radiația fluxului de produs Fe la momentul în care organismul este expus la iluminare (m. E. Doza de radiații), este evident că diferitele fluxuri luminoase produc aceeași acțiune fotochimică dacă F1 F2 DT1 = DT2. Această prevedere este o lege fundamentală a fotochimiei și a numit legea Bunsen și Roscoe.
Numărul j. indicând care porțiunea fotonilor N din numărul total de fotoni absorbiți corpul Nn. procese fotochimice cauzate, un randament cuantic al reacției se numește j = N / Nn. Dacă fiecare foton absorbit determină o reacție, eficiența cuantică este de 100%. Cu toate acestea, de obicei, nu depășește câteva procente sau un procent. De exemplu, randamentul cuantic al reacției de inactivare enzimatică este de aproximativ 0.1-.01%.
Este necesar să se facă distincția între reacțiile fotochimice primare și secundare, deoarece multe dintre moleculele nereacționați cu fotoni dau naștere la alte reacții care au loc cu moleculele învecinate. Einstein a arătat că fiecare moleculă a reacționat corespunde la un singur foton este absorbit, și, în consecință, numărul de molecule netransformate în photoreaction primar este proporțională cu numărul de fotoni absorbiți.
Tipuri de reacții fotochimice
Fotoprisoedinenie. La atomul excitat sau molecula alăturat molecule neutre. Notam molecule reactive A și B, respectiv și molecule excitate de A * și B *.
Acest tip de reacții sunt:
a) photodimerization sau fotopolimerizare care curge prin circuitul A + A + hn ®A + A * ® AA *;
b) fotooksidirovanie A + O2 + hn ®A * + O2 ® OAO;
c) fotogidratatsiya A + H2O + hn ® A * + H2 O®NAON și colab.
Fotodescompunerea. Se întâmplă să rupă legăturile chimice din radicalii, ionii sau moleculele neutre
Astfel de reacții observate după iradierea cu doze mari de aminoacizi cu raze ultraviolete, proteine, acizi nucleici, și în mod tipic, urmat de diverse reacții secundare. Un exemplu poate fi foarte descompunerii importante pentru viata in reactie cu ozon-oxigen Pământului. Sub acțiunea radiațiilor ultraviolete în stratosferă disocia moleculele de oxigen: O2 + ®2O hn. Rezultante atomi de oxigen activ sunt atașate la moleculele de oxigen pentru a forma ozon: O + O2 ®O3. descompunerea ozonului are loc, de asemenea, prin reacția fotochimică: O3 + hn ®O2 + O. Ambele aceste procese conduc în final la formarea la o înălțime de aproximativ 25 km stratului de ozon 2-3 km grosime. La înălțimi mari de ozon formate este mică din cauza concentrației scăzute de oxigen în stratosferă și la straturile inferioare ale atmosferei vine radiatii ultraviolete mult mai puțin capabil de a provoca reacțiile de mai sus. Stratul de ozon din stratosfera absoarbe aproape complet radiațiile solare ultraviolete cu lungimi de undă mai mică de 290 nm, ceea ce ar duce la moartea creaturile vii de pe planeta noastră (cel puțin la suprafața sa). Mai mult, ozonul are o altă bandă de absorbție în domeniul infraroșu, cu o lungime de undă de aproximativ 10 microni, și anume acea parte a spectrului au o radiație maximă a căldurii de pe pământ. Astfel, ozonul deține 20% din radiația termică a planetei și servește ca un scut termic, reducând pierderile de căldură a Pământului. în spațiul cosmic. Din păcate, se remarcă faptul că, în ultimele decenii, distrugerea parțială a stratului de ozon din cauza producției industriale și aeronavelor de mare altitudine, ejectarea în atmosferă a oxizilor de azot și alți compuși chimici. De-a lungul Antarcticii, în ultimii ani, au format „gaura de ozon“ zona de până la 5 milioane km 2. În cazul în care „gaura“ va fi extins în direcția zonelor populate, acest lucru poate duce la o creștere a diverse boli la oameni și animale, precum și la alte, ca consecințe încă imprevizibile.
Printre reacțiile larg cunoscute se referă reacția de bromură de argint descompunerea la lumină în descompunerea materialelor fotosensibile. Sub efectul argintului bromură de fotoni molecula de electroni este îndepărtată și o moleculă care leagă legătura ionică este rupt, rezultând în formarea de particule minuscule de argint metalic, care creează o imagine de așa-numita latent. Imaginea vizibilă este obținută după prelucrarea materialului fotografic în dezvoltator, care provoaca o acumulare de argint metalic accelerată în domeniul imaginii latente.
Fotosinteza. Această reacție de sinteză fotochimică a substanțelor organice din compuși de carbon anorganici și apă pentru a forma un oxigen molecular curgere liberă în plante și bacterii cu clorofilă și alți pigmenți (carotenoizi karotinoly și colab.), Care acționează în calitate de catalizatori. La plante, carbonul absorbit sub formă de CO2. Fotonii rupe legătură puternică între oxigen și carbon în molecula de CO2. și în care sunt formate hidrocarburile, capabile de oxidare în continuare în corpul animalelor. In cel mai simplu caz, atunci când produsele finale ale fotosintezei plantelor sunt hidrocarburi, acest procedeu, evitând etapa intermediară, se poate imagina următoarea reacție: CO2 + H2O + hn ®SN2 O2 + O + 469 kJ / mol.
Produsele acestei reacții - oxigen și glucide, care este format din glucoză (CH2 = 1 êb Sa H12 O6). reacția de fotosinteză inversa reacția are loc în timpul respirației, adică formarea de CO2 și H2O din compuși organici cu oxigen.
Fotosinteza este diferit de celelalte procese fotochimice în care aceasta conduce la acumularea de energie luminoasă sub forma energiei libere în legăturile chimice ale CH2O si glucoza in continuare, deoarece energia liberă CH2O mai mult CO2 energie liberă și H2O până la 469 kJ / mol. Prin urmare, Fotosinteza este singurul proces prin care mondial organică reumple rezervele de energie liberi datorită radiațiilor solare, în timp ce această energie liberă este disipată continuu în procesele de viață. Diferența esențială din alte reacții biochimice fotosintetice care apar în întuneric (de exemplu, sinteza proteinelor în celulele animale), constă în faptul că numai în substanță complexă fotosinteză obținută direct din substanțe simple, cum ar fi apa și CO2. În toate celelalte procedee în sinteza celulară a unor substanțe legate de alte dezintegrare după cum este necesar pentru sinteza energiei trase din dezintegrarea energetică a acestor substanțe.
Mecanismul de fotosinteza este destul de complex și este considerat în cursuri speciale. Pe scurt, esența se reduce la. pigmenții din cloroplaste de plante absorb fotonii si molecule sunt excitat; în care o porțiune din energie este emisă în actele parțiale luminescență și transformată în căldură. Ca urmare aceasta este o serie de procese în care energia pigmenților molecule excitate consumate pentru transferul de electroni, molecule de oxidare a apei, cu eliberarea oxigenului molecular liber și acumularea recuperată piridină și ATP. Acești compuși de energie bogate vin într-o serie de reacții care conduc la tempo de recuperare a CO2 și de legare. Se crede că formarea unei molecule de O2. t. e. pe parcursul reacției globale de mai sus se consumă 8 fotoni, adică randamentul cuantic al reacției j = 1 ê8
Există reacții de luare de fotosinteză loc și fără izolarea de O2. de exemplu, unele microorganisme: 2H2 S + CO2 + hn - * CH2 O + O + H2 2S. Această reacție este caracteristică bacteriilor sulf violet și verde.
Fotosinteza este esențială pentru viața pe planeta noastră. Într-un minut lumina soarelui aduce la suprafața Pământului 2 x 10 24 J de energie. Aproximativ 2%, adică, 4 x 10 22 din energia absorbită de substanțe fotosintetice. Astfel absorbit 2 x 10 12 t CO2 și eliberat de 1,3 x 10 11 tone de oxigen pe an. Acest oxigen - principalul, dacă nu este singura sursă care susține echilibrul de oxigen atmosfera terestră. Prin fotosinteză în fiecare an, în lume, bazată pe carbon sintetizat „1011 tone de substanțe organice. Până la 80% din această sumă cade pe ponderea fitoplanctonului fotosinteza în mări și oceane. Pe rolul de fotosinteză a scris în 1879 marele om de știință român K. A. Timiryazev: „Aproape orice procese care au loc pe suprafața Pământului, merită atât de mult atenția publicului ca el nu este nicidecum un proces enigmă care are loc în foaia verde, atunci când raza de soare cade pe ea. Privite din punct de vedere chimic - este un procedeu în care o substanță anorganică, dioxid de carbon și apă sunt transformate în organic. Privita din punct de vedere fizic - acesta este procesul în care forța vie a fasciculului solar este convertit la stres chimic, locul de muncă de rezervă. Vizualizat dintr-o parte sau alta - este un proces, care, în ultimă instanță depinde de toate aspectele vieții de pe planeta noastră, și, prin urmare, bunăstarea întregii omeniri ". Aceste cuvinte remarcabile K. A. Timiryazeva deosebit de relevante în timpul nostru, atunci când pădurile sunt tăiate în jos, frunze verzi care se hrănesc planeta de oxigen, iar atunci când oceanele sunt poluate și fitoplanctonului pe moarte - principalul consumator de energie solară în oceane și sursa de alimentare, care stau la baza ciclului ecologic oceanic . Fără o luptă activă pentru protecția mediului poate perturba echilibrul ecologic, cel mai important element din care - fotosintezei.
Fotoizomerizare și alte reacții. Recall. izomerii care sunt numite compus chimic având aceeași compoziție, dar care diferă în aranjamentul acesta) atomi sau grupări în spațiu. Izomerii pot fi de diferite tipuri. În particular, izomeri geometrici grupe de atomi sunt aranjate în mod diferit în raport cu dublă legătură C = C. Acestea sunt, de exemplu, izomerii 1,2-dicloretilenă.
Ambele forme izomere diferă în anumite proprietăți fizice și chimice. De exemplu, punctul de fierbere al izomeri cis și trans ai 1,2-dicloretilenă sunt, respectiv, 60,1 și 48,4 ° C De obicei, un izomer este mai puțin stabilă și continuă la un alt izomer prin acțiunea unor factori fizici. Încălzire, iluminat, etc. O importantă reacție de izomerizare fotobiologică apare la nivelul retinei.
Reacțiile fotochimice stau la baza multe procese fotobiologice act primar care este absorbția unui foton, care este urmat de un lanț lung de transformări aproximativ în următoarea secvență: tranziție grupări moleculare cromofore la o stare excitată ® energie emigrarea starea excitată de un grup de molecule la alt proces ® fotofizice primar și apariția fotoproduse primare procese intermediare ® ® formarea chimică stabilă a produselor primare de proces biochimic ® ® efecte fotobiologice finale. Luarea în considerare a tuturor acestor procese complexe este subiectul unuia dintre capitolele biofizică - Fotobiologie.