catalisis

1. LA FÍSICA DE LA FOTOCATÁLISIS
CATALINA PARDO LIPPELT

2. FOTÓN
 Es un quantum de energía o de cualquier otra forma de
radiación electromagnética
 La energía de un fotón es proporcional a la frecuencia de
la radiación
𝐸 =
ℎ𝑐
λ
= ℎ𝑣
donde, h: es la constante de Planck (6.626176 𝑥 10−34
J•s)
c: es la velocidad de la luz
v: La frecuencia de la onda/partícula
λ: es la longitud de onda

3. Ejemplo: Calcular la intensidad de fotones (número
de fotones por unidad de tiempo) emitidos por una
bombilla de 60 W de luz amarilla ( λ= 5000 A).
𝑣 =
𝑐
λ
=
2,998𝑥108 𝑚
𝑠
5000𝑥10−10 𝑚
= 5,996𝑥1014 𝐻𝑧
𝐸 = ℎ𝑣 = 6,63x10−34
𝐽. 𝑠 𝑥 5,996𝑥1014
𝐻𝑧 = 39,753𝑥10−20
𝐽
𝑑𝑁
𝑑𝑡
=
𝑑
𝑑𝑡
𝐸
ℎ𝑣
=
𝑊
𝐸
=
60 𝑊
39,753𝑥10−20 𝐽
= 1,5093𝑥1020 𝑠−1

4. ¿UN FOTÓN TIENE MASA?
 Espacio de Minkowski, vectores y módulos
El espacio de Minkowski es un espacio de 4 dimensiones, el
tiempo y las tres espaciales (x,y,z), que representa el espacio-
tiempo
 El argumento gauge
El fotón aparece como el mediador de la interacción
electromagnética que es invariante bajo una transformación
gauge. Esto implica que se conserva la carga eléctrica y que el
electromagnetismo tiene un determinado comportamiento
físico. La invariancia gauge, además, prohibe que las partículas
que median la interacción relacionada tengan masa.

5. ¿UN FOTÓN TIENE MASA?
 Polarización de la luz
La polarización de la luz se puede describir con solo dos datos, que son las
componentes vertical y horizontal de la luz polarizada en el caso de polarización
lineal, en el caso de polarización circular o elíptica si está girando a derecha o a
izquierda.
Si la luz estuviera compuesta por partículas con masa no bastarían dos datos sino
que necesitaríamos tres para describir los posibles estados de polarización. Así que
una polarización del tipo que sufre la luz solo es compatible si está formada por
partículas sin masa.

6. ¿UN FOTÓN TIENE MASA?
 Espacio de Minkowski, vectores y módulos
Al calcular el momento de una partícula en cuatro dimensiones se
utilizará la expresión : 𝑃 = (
𝐸
𝑐
, 𝑝)
donde la primera componente nos da la energía y la segunda componente
el momento de la partícula.
PARTÍCULA EN MOVIMIENTO PARTÍCULA EN REPOSO
(
𝐸
𝑐
)2− 𝑝2 = 0
𝐸2 = 𝑝2 𝑐2
𝐸 = 𝑝𝑐
(
𝐸
𝑐
)2
− 𝑝2
= 𝑚2
𝑐2
𝐸2
= 𝑝2
𝑐2
+ 𝑚2
𝑐4
𝐸2
= 𝑚2
𝑐4
𝐸 = 𝑚𝑐2

7.  Son partículas libres (móviles y no enlazadas)
que permiten el transporte de carga y poseen
una carga eléctrica; como por ejemplo los
electrones y los iones. En los semiconductores
los huecos producidos por falta de electrones
son también portadores de carga.
 Los electrones (-) son los portadores de carga
en la banda de conducción y los huecos (+) en
la banda de valencia
PORTADORES DE CARGA

8. • Es el nivel de energía donde la atracción
del núcleo del átomo sobre los electrones
es más débil.
• Cuando un átomo es excitado empleando
corriente eléctrica, luz, calor, etc., alguno
de sus electrones pueden absorber energía,
saltar a la banda de conducción y
desplazarse de una molécula a otra dentro
de un cuerpo.
BANDA DE CONDUCCIÓN

9. • Es el nivel de energía donde la atracción
del núcleo del átomo sobre los electrones
es más alta, se realizan las combinaciones
químicas
• Los electrones situados aquí, pueden
transferirse de un átomo a otro, formando
iones que se atraerán debido a su diferente
carga, o serán compartidos por varios
átomos, formando moléculas.
BANDA DE VALENCIA

10. GAP ENERGÉTICO (BAND GAP)
 Zona prohibida comprendida entre la parte inferior de la
banda de conducción y la parte superior de la banda de
valencia de los semiconductores en la cual no pueden ubicarse
portadores de carga
 ENERGÍA BAND GAP (Egb)
Diferencia de energía entre la parte inferior de la banda de
conducción y la parte superior de la banda de valencia en
semiconductores y aislantes

11. FOTOCATÁLISIS HETEROGÉNEA
1. Absorción de los fotones por el
semiconductor
2. Generación de los portadores de carga
3. Migración de los portadores de carga
4. Transferencia superficial de los
portadores desde la superficie del
catalizador hacia la fase liquida.

12. PROCESOS DE OXIDACIÓN
AVANZADA
Los Procesos de Oxidación Avanzada (AOPs “Advanced Oxidation Processes”) son
aquellos que implican la generación de radicales hidroxilos (•OH), estos radicales
al ser agentes oxidantes muy enérgicos de carácter no selectivo y con un elevado
potencial de oxidación son capaces de oxidar compuestos orgánicos
Los objetivos principales objetivos de la aplicación de los POAs son:
 Capacidad potencial para llevar a cabo una profunda mineralización de los
contaminantes orgánicos y oxidación de los compuestos inorgánicos hasta
dióxido de carbono e iones como cloruros y nitratos
 Evitar la presencia de subproductos presentes en los contaminantes originales
que pueden crearse mediante otros métodos
 Eliminación de color y olor
 Desinfección

13. REACCIÓN OXIDO-REDUCCIÓN
 Absorción de la radiación UV por el catalizador, con la formación de pares
hueco-electrón
 Estos electrones reducen el oxígeno formando el ion radical superóxido (O2•- )
 Los huecos son capaces de provocar la oxidación de las especies adsorbidas H2O
y/o OH- a radicales OH• que serán los que posteriormente oxidarán la materia
orgánica
TiO2 + hν  e- + h+ [1]
TiO2 (e-) + O2  TiO2 + O2•- [2]
TiO2 (h+) + H2O  TiO2 + OH• + H+ [3]
TiO2 (h+) + HO- TiO2 + OH• [4]

14. ¡GRACIAS POR
SU
ATENCIÓN!