Интегрированный день. 11 класс. Фотохимические реакции Сазонов Василий Викторович, учитель химии МОУ СОШ д. Васькино

План 1. Классификация реакций по виду инициирующей энергии. 2. Закономерности фотохимических реакций. 3. Механизм свободнорадикальных реакций. 4. Примеры фотохимии : a) Фотосинтез. b) Фотография. c) Фотодиссоциация. 5. Обобщение. Сазонов Василий Викторович, учитель химии МОУ СОШ д. Васькино

Назовите типы реакций по признаку : ? Вид энергии, инициирующий реакцию Фотохимические реакцииРадиационные реакции Электрохимические реакции Термохимические реакции Сазонов Василий Викторович, учитель химии МОУ СОШ д. Васькино

Фотохимические реакции химические реакции, которые инициируются светом. Примерами фотохимических реакций являются фотосинтез в растениях, распад бромида серебра в светочувствительном слое фотопластинки, превращение молекул кислорода в озон в верхних слоях атмосферы, фотоизомеризация и т. п. Сазонов Василий Викторович, учитель химии МОУ СОШ д. Васькино

Строение атома углерода 1s22s22р21s22s22р2 С 1s22s22рx12рy11s22s22рx12рy1 1s22s12р31s22s12р3 1s22s12рx12рy12рy11s22s12рx12рy12рy1 1s E 2s2s 2р2р E 2s2s 2р2р С*С* Е основное ( стационарное ) состояние возбужденное состояние Сазонов Василий Викторович, учитель химии МОУ СОШ д. Васькино

Эффективность воздействия света зависит от его энергии : чем больше частота колебаний ( меньше длина волны ), тем выше энергия излучаемых фотонов и тем сильнее воздействие кванта света на облучаемую частицу – атом, ион или молекулу. Сазонов Василий Викторович, учитель химии МОУ СОШ д. Васькино

А. Эйнштейн вывел формулу, являющуюся математическим выражением закона фотохимической эквивалентности, согласно которому каждая молекула, реагирующая под действием света, поглощает только один квант световой энергии; число прореагировавших молекул должно равняться числу поглощенных квантов. Количество энергии, поглощенное 1 моль прореагировавшего вещества выражается уравнением: Сазонов Василий Викторович, учитель химии МОУ СОШ д. Васькино

Определить энергию красного и фиолетового цвета видимого излучения красная часть спектра λ 7,4·10 –7 м, Е = фиолетовый свет λ 4·10 –7 м, Е = Сазонов Василий Викторович, учитель химии МОУ СОШ д. Васькино

В видимом свете наименьшей энергией обладает красная часть спектра λ 7,4·10 –7 м, Е = 158 кДж / моль. фиолетовый свет λ 4·10 –7 м, Е = 300 кДж / моль. Сазонов Василий Викторович, учитель химии МОУ СОШ д. Васькино

Механизм свободнорадикальной реакции 1.Инициирование ( образование свободного радикала ) E(Cl–Cl) = 243,6 кДж / моль E(C Н 3 – Н ) = 436,8 кДж / моль Сазонов Василий Викторович, учитель химии МОУ СОШ д. Васькино

В 1818 прибалтийский физик и химик Теодор Гротгус сформулировал один из основных законов фотохимии : химическое действие может произвести только свет, который поглощается реагирующими молекулами. Например, водород не поглощает видимый свет, а хлор поглощает только фиолетовые и синие лучи. Поэтому красный свет не может вызвать реакцию в смеси водорода с хлором. Теодор фон Гротгус Сазонов Василий Викторович, учитель химии МОУ СОШ д. Васькино

Механизм свободнорадикальной реакции 2. Рост цепи Сазонов Василий Викторович, учитель химии МОУ СОШ д. Васькино

Механизм свободнорадикальной реакции 3. Обрыв цепи Сазонов Василий Викторович, учитель химии МОУ СОШ д. Васькино

Хлорирование метана хлорметан дихлорметан трихлорметан ( хлороформ ) тетрахлорметан ( четыреххлористый углерод ) Сазонов Василий Викторович, учитель химии МОУ СОШ д. Васькино

Хлорирование 2-метилбутана ! Вначале замещаются атомы водорода у третичных атомов углерода, затем – у вторичных и первичных. Сазонов Василий Викторович, учитель химии МОУ СОШ д. Васькино

Хлорирование 2-метилбутана 2- метил -2- хлорбутан 2- метил -2,3- дихлорбутан Сазонов Василий Викторович, учитель химии МОУ СОШ д. Васькино

Задания ЕГЭ По механизму свободнорадикального замещения происходит взаимодействие: 1) этена и брома 2) пропена и бромоводорода 3) хлорметана и гидроксида натрия 4) этана и хлора Сазонов Василий Викторович, учитель химии МОУ СОШ д. Васькино

Задания ЕГЭ По радикальному механизму протекают реакции 1) СН 4 + Сl 2 СН 3 Сl + НСl 2) С 2 Н 4 + Н 2 O С 2 Н 5 ОН 3) С 2 Н 6 + HNO 3 C 2 H 5 NO 2 + Н 2 O 4) С 2 Н 2 + Н 2 O СН 3 СНО 5) C 2 H 6 + Br 2 C 2 H 5 Br + HBr 6) С 2 Н 5 ОН + НВг С 2 Н 5 Вг + Н 2 O Сазонов Василий Викторович, учитель химии МОУ СОШ д. Васькино

Реакция бромирования пропана протекает 1) по радикальному механизму 2) в несколько стадий 3) с разрывом связи в молекуле брома в начале реакции 4) в соответствии с правилом В. В. Марковникова 5) в присутствии катализатора 6) с преимущественным образованием 1- бромпропана Задания ЕГЭ Сазонов Василий Викторович, учитель химии МОУ СОШ д. Васькино

Фотодиссоциация ( фотолиз ) Очень важны реакции фотодиссоциации молекул кислорода и озона, идущие в верхних слоях атмосферы. Сазонов Василий Викторович, учитель химии МОУ СОШ д. Васькино

Фотография В средние века алхимики знали, что соли серебра чернеют со временем, но это связывали с действием воздуха. Лишь в 1727 г. Иоганн Генрих Шульце установил, что почернение хлорида серебра происходит под действием света. В 1802 г. немецкий физик Иоганн Риттер исследовал химическое действие различных участков светового спектра. Сазонов Василий Викторович, учитель химии МОУ СОШ д. Васькино

Фотография – это способ получения видимого изображения объектов с помощью света. В качестве светочувствительного вещества в фотографии обычно применяют галогениды серебра, равномерно распределенные в виде микрокристаллов ( зерен ) в водном растворе защитного коллоида ( обычно желатины ), нанесенного на подложку. Фотография При небольших экспозициях формируется скрытое изображение, которое « проявляется » в присутствии восстановителя. При этом атомы серебра, по - видимому, катализируют процесс восстановления. Сазонов Василий Викторович, учитель химии МОУ СОШ д. Васькино

В начале 80- х гг. в телевикторине « Что ? Где ? Когда ?» знатокам показали фотографию католического собора, сделанную в середине XIX столетия. Место там вообще - то очень людное, но на снимке не было ни одного человека. Последовал вопрос : « Где люди, почему их нет ?» Увы, знатоки решили, что в момент съемок людей просто попросили уйти из кадра, дабы не портить пейзаж. Фотография Правильный ответ крылся в крайне слабой чувствительности фотоматериалов XIX века. За полчаса экспонирования люди преспокойно успевали войти и выйти из кадра, не оставив даже следа на фотопластинке ! Сазонов Василий Викторович, учитель химии МОУ СОШ д. Васькино

Флуоресценция Молекула, поглотившая в первичном процессе квант света, приобретает избыточную энергию, поэтому такую молекулу называют возбужденной. В отличие от теплового воздействия, когда возбуждаются колебательные движения молекулы и возрастает ее кинетическая энергия, при поглощении фотона энергия передается электронам. С электронно возбужденной молекулой могут происходить самые разнообразные процессы. Возбужденное состояние может за очень короткое время ( порядка 10 –9 с ) вернуться в основное состояние, отдавая избыточную энергию в виде кванта света ( как правило, с меньшей энергией ). Этот процесс называется флуоресценцией. Сазонов Василий Викторович, учитель химии МОУ СОШ д. Васькино

Флуоресцируют многие органические красители в растворах, например флуоресцеин. Фосфоресценция наблюдается у некоторых красителей, растворенных в твердых стеклах, и у минералов, таких, как сульфид цинка, который испускает свет спустя длительное время после помещения в темноту. Люминесценция Сазонов Василий Викторович, учитель химии МОУ СОШ д. Васькино

Возбужденные продукты образуются в результате некоторых химических реакций. Если при этом происходит испускание света, то говорят, что имеет место хемилюминесценция. Одна из наиболее эффективных хемилюминесцентных систем обнаружена у светляков. Свечение происходит в результате окисления люциферина, катализируемого люциферазой. Люминесценция Сазонов Василий Викторович, учитель химии МОУ СОШ д. Васькино

Отличительной особенностью фотохимических реакций является то, что скорость их протекания не зависит от температуры и определяется только вероятностью поглощения квантов света, которая практически не зависит от температуры. Основными требованиями для фотохимических реакций являются : энергия источника излучения должна соответствовать энергии электронного перехода между орбиталями ; излучение должно быть способным достичь целевых функциональных групп и не быть заблокированным реактором и другими функциональными группами. Сазонов Василий Викторович, учитель химии МОУ СОШ д. Васькино