Fotochimica

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La fotochimica è una branca della chimica che si occupa delle reazioni chimiche indotte dall'interazione della luce con la materia.

L'energia necessaria per lo svolgersi della reazione chimica è fornita quindi dai fotoni assorbiti dai reagenti, che portano dei particolari gruppi chimici detti cromofori, in grado di assorbire la luce. Un esempio notevole delle possibilità della fotochimica è quello della fotosintesi clorofilliana. Altre applicazioni di questa disciplina sono ad esempio la detossificazione di acque reflue mediante luce solare e opportuni fotocatalizzatori, ovvero catalizzatori che vengono attivati con la luce. Le reazioni pericicliche e la biosintesi della vitamina D rappresentano importanti esempi di reazioni foto-indotte. Molte reazioni redox sono catalizzate dalla luce.

Un processo fotochimico di catalisi è illustrato da ciò che accade su una pellicola fotografica quando viene impressionata dalla luce, oppure dallo sbiadimento di abiti o di capelli scuri esposti alla luce del sole. Un altro processo, che implica invece sviluppo di luce per reazione chimica, può essere bene illustrato dai bagliori luminosi emessi da un lampiride o da una candela o da una lampada ad olio o a gas mentre ardono.

In natura, avviene un importante fenomeno fotochimico nelle piante verdi. Per azione della luce e in presenza della clorofilla esistente nelle cellule delle piante verdi, le piante formano amido e ossigeno partendo dall'acqua e dall'anidride carbonica. Questo processo fotochimico è detto fotosintesi.

Le reazioni fotochimiche sono fondamentali nella produzione e nello sviluppo delle pellicole fotografiche. Una pellicola di materia plastica è rivestita di una gelatina contenente minuti granuli di bromuro di argento. Quando la pellicola viene posta in una macchina fotografica e viene impressionata dalla luce, il bromuro di argento subisce un cambiamento chimico nei punti colpiti dai raggi luminosi. Si dice che i granuli in questi punti sono stati sensibilizzati. Lo sviluppo chimico converte, poi, i granuli sensibilizzati del bromuro d'argento in argento metallico. Vengono successivamente usate delle sostanze chimiche, dette fissatori o fissaggi, per togliere il bromuro d'argento non sensibilizzato.

La carta per cianografie è fotochimicamente simile alla pellicola fotografica. Ma per la cianografia, la carta è rivestita di citrato di ferroammonio e ferricianuro. La luce causa un cambiamento di questi sali di ferro di color pallido in un ferricianuro di colore azzurro intenso. Lo sviluppo di una cianografia richiede il solo lavaggio con acqua.

Due leggi fondamentali della fotochimica sono le seguenti:

legge di Grotthus-Draper: quando un fascio di luce incide sui reagenti, solamente le lunghezze d'onda assorbite portano alla reazione chimica;
legge di Stark-Einstein: per ogni quanto di energia assorbita reagirà una molecola. Fanno eccezione i processi in cui viene utilizzata luce laser, che sono bifotonici.

[modifica] Reazioni fotochimiche

Cicloaddizione [2+2] fotochimica;
Reazioni di addizione e sostituzione radicalica (alogenazione degli alcani);
Fotoisomerizzazione;
Fotodimerizzazione: l'irradiazione di un composto carbonilico α,β-insaturo o di un poliene coniugato produce un dimero ciclico (cicloaddizione);
Fotolisi;
Reazioni di Norrish;
Accoppiamento fotoriduttivo.

[modifica] Produzione della luce da reazioni chimiche

Il più antico processo chimico conosciuto in cui si ha sviluppo di luce è quello della combustione. Le candele e le lampade ad olio e a gas sono dispositivi in cui avviene produzione di luce. Anche le più moderne lampade a petrolio sfruttano un processo fotochimico, perché i nove decimi dell'energia chimica del combustibile originale vengono convertiti in calore e meno di un decimo convertiti in luce. Persino una lampadina elettrica converte il 75% dell'energia elettrica in calore.

Oltre ai lampiridi, altri esseri viventi hanno azione fotochimica. I tronchi d'albero in putrefazione emettono una luce dovuta ai batteri che causano la decomposizione. Anche molte specie di animali marini emettono raggi luminosi. Il mollusco pettine (Pecten jacobaeus), per esempio, è munito di occhi fosforescenti situati al margine del mantello.