![O2 + hν → O• + O•
2 [O• + O2 → O3 ]
3 O2 + hν → 2 O3
El equilibrio dinámico del ozono
O3 + hν → O2 + O• ΔH = - 90 kJ mol-1
O3 + O• → 2 O2
2 O3 + hν → 3 O2
En la estratósfera, el ozono y el oxígeno absorben la mayor parte
de la radiación de onda corta UV entre los 200 y los 300 nm
La liberación de 90 kJ mol-1 produce una gran cantidad de calor,
por lo cual la estratósfera es más caliente que la capa más exterior
de la troposfera, haciendo que el clima en la tropósfera sea menos
extremo de lo que realmente podría ser.
El ozono se produce mediante la siguiente reacción (λ~250 nm) :](https://image.slidesharecdn.com/fotoqumica-140619102742-phpapp01/85/Fotoquimica-38-320.jpg)
Subido porSilvana Torri
Fotoquímica
Este documento trata sobre la fotoquímica. Explica el espectro electromagnético, las leyes fundamentales de la fotoquímica, el rendimiento cuántico y ejemplos. También describe el smog fotoquímico, las reacciones fotosensibilizadas y la fotosíntesis.
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- 2. FOTOQUIMICA Espectro electromagnético Leyes fundamentales Rendimientocuántico y ejemplos Smog fotoquímica Reacciones fotosensibilizadas Fotosíntesis
- 3. Fotoquímica La fotoquímica esla rama de la química que estudia las transformaciones de las moléculas producidas por la absorción de radiación electromagnética. Las radiaciones de importancia fotoquímica se encuentran en la región del espectro ultravioleta (200-400nm) y visible (400-800 nm)
- 4. es una combinaciónde campos eléctricos y magnéticos oscilantes, que se propagan a través del espacio transportando energía por medio de ondas. Radiación electromagnética La radiación solar es el conjunto de radiaciones electromagnéticas emitidas por el Sol.
- 5. es una perturbaciónde alguna propiedad de un medio - como densidad, presión, campo eléctrico o campo magnético - que se propaga a través del espacio transportando energía. Onda Tipo de ondas: Mecánicas: necesitan un medio material (elástico o deformable) para su propagación. Electromagnéticas: no necesitan un medio material (pueden propagarse en el vacío)
- 6. onda sonora al propagarseen un medio elástico y continuo genera una variación local de presión o densidad, que se transmite en forma de ondas esféricas periódicas. Ejemplo de onda mecánica
- 7. Rayos Gamma Rayos X RayosUV Luz visible Ejemplos de onda electromagnética El espectro solar completo implica Radiación infrarroja Radiación microondas Ondas de radio
- 8. Se denomina espectroelectromagnético a la distribución energética del conjunto de las ondas electromagnéticas. El espectro electromagnético
- 9. El espectro electromagnético Elespectro solar completo incluye radiacion de longitud de onda entre 100 y 4000 nm. Pero el 99% se encuentra entre 300 y 3000 nm Espectro de radiación solar
- 10.
- 11. Las ondas secaracterizan por longitud de onda (λ) amplitud (A) frecuencia (ν)
- 12. La longitud deuna onda es la distancia entre dos puntos del medio que se encuentran en el mismo estado de vibración (oscilación) La unidad de medida es el metro Longitud de onda (λ) cresta valle
- 13. Es la distanciaentre la cresta y el punto de equilibrio o medio. La unidad de medida es el metro Amplitud amplitud
- 14. Es el númerode oscilaciones (λ) por unidad de tiempo (s). Se mide en Hertz. 1 segundo Ondasdedistintaν Frecuencia (ν)
- 15. Se observa unarelación inversa entre ν y λ. Frecuencia (ν) 1 segundo 10 ciclos/seg 10 Hz 30 ciclos/seg 30 Hz Es el número de oscilaciones (λ) por unidad de tiempo (s). λ
- 16. Si la velocidadde propagación es constante, la longitud de onda λ es inversamente proporcional a la frecuencia ν. Relación entre λ y ν λ c =ν Frecuencia Longitud de onda Velocidad de la luz v c
- 17. En 1900, Planckformuló que la energía sólo podía ser absorbida o cedida por los átomos en cantidades discretas y no continuas. A la mínima cantidad de energía que podía ser absorbida o cedida lo llamó cuanto de energía. Planck y la teoría cuántica
- 18. La energía deun cuanto o fotón puede calcularse como Ε = h. ν donde h= 6,626176 x 10-34 J.s es la constante de Planck. La energía correspondiente a un mol de fotones (N) se denomina Einstein (Ei): Ei= N. h. ν Energía de un cuanto o fotón λ c.h =
- 19. Volviendo al espectroelectromagnético … Mayor energía Ε = h. ν
- 20. Según su energía,la radiación electromagnética puede interaccionar con la materia de diferente forma:
- 21. Infrarrojo (IR) IR lejano provocala rotación de las moléculas en estado gaseoso IR cercano hace vibrar los átomos dentro de la molécula. IR medio vibración del esqueleto molecular -C=O, -C=N, -N-H Mayor energía
- 22. Energía vibracional delformaldehido 6 modos normales de vibración
- 23. la absorción provocael desplazamiento de los electrones externos de las moléculas. La energía involucrada es suficiente para romper uniones y producir cambios químicos. Visible y UV se produce la ionización Rayos X y γ
- 24. Las radiaciones deimportancia fotoquímica corresponden a las regiones del espectro visible y ultravioleta. Reacciones Fotoquímicas Dicha radiación corresponde a longitudes de onda entre 200 y 800 nm
- 25. Secuencia fotoquímica Es elconjunto de caminos que puede seguir una molécula luego de absorber radiación en el rango λ: 200-800 nm. Proceso primario: Como consecuencia de la absorción de un fotón, la molécula pasa a un estado electrónico excitado M + hv M* Estado basal Estado electrónico excitado (singulete) hh
- 26. La molécula excitadapuede perder su exceso de energía por distintos mecanismos, que le hagan volver a su estado de menor energía o estado fundamental (procesos fotofísicos) o sufrir una reacción química (proceso fotoquímico). M* Liberación de calor Emisión de un fotón fluorescencia fosforescencia Transferencia de energía Mecanismos de desexcitación Reacción fotoquímica: N2* → N2 + + e- O2* → O. + .O
- 27. eNN 22 NN 22 En la parte alta de la atmósfera hay gran cantidad de iones (ionósfera) Los radicales libres son muy reactivos por tener un e- desapareado Las sustancias que participan de un proceso fotoquímico pasan primero a un estado excitado por absorción de cuantos de energía provenientes de la energía radiante Formación de radicales libres Formación de iones Por lo tanto, en el proceso primario: Después pueden perder ese exceso de energía a traves de dos vías alternativas: M* M
- 28. Proceso secundario: Los productosde los procesos fotoquímicos primarios son especies químicas muy reactivas, como iones o radicales libres, a veces en estado excitado. Estas especies pueden iniciar otras reacciones químicas que se conocen como procesos fotoquímicos secundarios.
- 29. 1. Ley deabsorción Sólo aquellas radiaciones que son absorbidos pueden producir cambios químicos. Leyes Fundamentales 2. Ley energética Para que una radiación luminosa actúe eficazmente, debe poseer una energía, por lo menos, igual a la necesaria para la transformación química 3. Ley de la equivalencia fotoquímica (o ley de Einstein) Por cada fotón absorbido corresponde una molécula descompuesta o combinada en la etapa primaria.
- 30. Rendimiento cuántico F Númerode moléculas que reacciona Número de fotones absorbidos =F Para la reacción (380-400 nm) : HI + hv → H • + I • H • + HI → H2 + I • 2 I • → I2 2 HI + hv → H2 + I2 El rendimiento cuántico será 2/1 = 2
- 31.
- 32. Se denomina asía la contaminación del aire por ozono y otros compuestos originados por reacciones fotoquímicas. Como resultado se observa una atmósfera de color plomo. Se describió por primera vez en Los Ángeles en los años 40, y suele darse en ciudades con elevada emisión de monóxido de nitrógeno, NO, y compuestos orgánicos volátiles, COVs, clima cálido y soleado, con poco movimiento de masas de aire. El ozono es un compuesto oxidante y tóxico, que puede provocar en el ser humano problemas respiratorios. Smog fotoquímico
- 33. contaminantes primarios son losagentes contaminantes vertidos directamente al sistema bajo estudio (atmósfera ) contaminantes secundarios son aquellos producidos como consecuencia de las transformaciones, reacciones químicas y fotoquímicas que sufren los contaminantes primarios en la atmósfera Contaminantes primarios y secundarios
- 34. Los principales contaminantesprimarios son los óxidos de nitrógeno (NOx) y los compuestos orgánicos volátiles (COVs) En los motores de combustión: (inestable) Smog fotoquímico - contaminantes Entre los COVs se encuentran: – hidrocarburos no quemados – disolventes o combustibles – isopreno, pineno y limoneno. hh PAN nitrato de peroxiacilo
- 35. En presencia denitrato de peroxiacilo (PAN): ROO· + NO → RO· + NO2 NO2 + hν → NO + O· O· + O2 → O3 NO2 + O2 → NO + O3 Smog fotoquímico - reacciones O3 + NO → O2 + NO2 De esta forma el NO reacciona con los compuestos PAN y el ozono se acumula en la tropósfera.
- 36. La capa deozono
- 37. Capa de ozono Sedenomina así a la zona de la estratosfera terrestre que contiene una alta concentración de ozono. Esta capa concentra el 90% del ozono presente en la atmósfera y absorbe entre el 97 - 99% de la radiación ultravioleta de alta frecuencia.
- 38. O2 + hν→ O• + O• 2 [O• + O2 → O3 ] 3 O2 + hν → 2 O3 El equilibrio dinámico del ozono O3 + hν → O2 + O• ΔH = - 90 kJ mol-1 O3 + O• → 2 O2 2 O3 + hν → 3 O2 En la estratósfera, el ozono y el oxígeno absorben la mayor parte de la radiación de onda corta UV entre los 200 y los 300 nm La liberación de 90 kJ mol-1 produce una gran cantidad de calor, por lo cual la estratósfera es más caliente que la capa más exterior de la troposfera, haciendo que el clima en la tropósfera sea menos extremo de lo que realmente podría ser. El ozono se produce mediante la siguiente reacción (λ~250 nm) :
- 39. Imagen del agujerode ozono en la Antártida registrada en septiembre de 2013. Datos obtenidos por el instrumento Total Ozone Mapping Spectrometer (TOMS) a bordo de un satélite de la NASA.
- 40. En la destrucciónestratosférica del ozono entran en juego distintas sustancias (X), la mayoría de ellas contaminantes antropogénicos atmosféricos X + O3 → XO + O2 XO + O → O2 + X O3 + O → 2 O2
- 41. 1- compuestos fluoro-cloro-carbonados(CF2Cl2, CFCl3, entre otros), llamados freones. Estos compuestos son estables e inocuos en la tropósfera, pero cuando llegan a la estratósfera sufren reacciones fotoquímicas liberándose átomos de Cl (radicales libres) que reaccionan con el O3 CF2Cl2 + h Cl. + CClF2 Cl. + O3 ClO. + O2 ClO. + .O Cl. + O2 Por qué disminuye la concentración de O3 en la capa de ozono? En la destrucción estratosférica del ozono entran en juego distintas sustancias (X), la mayoría de ellas contaminantes antropogénicos atmosféricos:
- 42. 2- óxidos denitrógeno (NOx) en la atmósfera superior NO + O3 NO2 + O2 NO2 + O. NO + O2 reacción global: O3 + O. 2O2 X + O3 → XO + O2 XO + O → O2 + X O3 + O → 2 O2 reacción general:
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- 44. Son aquellas reaccionesen las cuales la sustancia reaccionante no puede por sí misma absorber directamente la radiación. Una molécula fotosensible absorbe la radiación y la transfiere a la molécula reaccionante. Reacciones fotosensibilizadas
- 45. Fotosíntesis el CO2 yel H2O se combinan en los cloroplastos para producir carbohidratos y oxígeno, siendo la clorofila la molécula fotosensible: CO2 + H2O + 8 hv (450-650 nm) => carbohidrato (CHOH) + O2 La energía requerida para producir la reacción se obtiene por conversión de la energía radiante en energía química
- 46. Lumínica: Las moléculas declorofila absorben energía, que se almacena en dos moléculas: ATP y NADPH. La fotosíntesis se realiza en dos etapas: Oscura: ocurre en los estromas del cloroplasto. Se sintetizan azúcares a partir del CO2 y el hidrógeno que transporta el NADPH. Este proceso utiliza la energía del ATP y el NADPH producidos en la etapa lumínica.