Photochemistry

เนื้อหาสำหรับ 15 ชั่วโมง - บทนำ และทฤษฎีพื้นฐานทางโฟโตเคมี - การเปลี่ยนแปลงสถานะของอิเล็กตรอนและพลังงาน - Jablonski Diagram และกระบวนการโฟโตเคมีแบบต่าง ๆ - โครงสร้างทางอิเล็กตรอนและชนิดของการแทรนซิชัน - สมบัติสถิติและสมบัติพลวัตของสถานะกระตุ้น

ปฏิกิริยาเกิดที่สภาวะพื้น (ground state) ทุกระบบได้รับพลังงานพร้อมกัน Thermochemistry Reactants Products D A + B C + D DH = ... ปฏิกิริยาเกิดที่สภาวะพื้น (ground state) ทุกระบบได้รับพลังงานพร้อมกัน เกิดปฏิกิริยาได้กับทุกโมเลกุลที่เกิดการชนกัน เกิดสารผลิตภัณฑ์ได้หลายชนิด

Photochemical Reaction: E = hn M M* Products hn : UV - VIS (200 -800 nm) ปฏิกิริยาเกิดที่สภาวะกระตุ้น (excited state) มีเพียงบางโมเลกุลเท่านั้นที่ได้รับพลังงาน ปฏิกิริยาจะเกิดเฉพาะกับโมเลกุลที่ได้รับแสง เกิดสารผลิตภัณฑ์เฉพาะชนิดที่เกี่ยวข้อง

อะตอมหรือโมเลกุลได้รับแสง ในช่วงUltraviolet (UV) หรือ ในช่วงที่มองเห็นได้ดัวยตาเปล่า (VISIBLE) แล้วเกิดการเปลี่ยนแปลง เช่น เกิดการคายแสง หรือ เกิดปฏิกิริยาเคมี เป็นต้น

wavelength 200 400 800 nm UV VIS Ultraviolet Visible

- ปฏิกิริยารีดอกซ์ (Redox Reaction) - ปฏิกิริยาโพลิเมอไรเซชัน - การสังเคราะห์แสง (Synthesis) - การสลายตัว (Decomposition) - การเปลี่ยนไอโซเมอร์ (Isomeric Change) ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้น - ปฏิกิริยารีดอกซ์ (Redox Reaction) - ปฏิกิริยาโพลิเมอไรเซชัน (Polymerization)

Synthesis : hn C6H6 (C6H5)2CO + (C6H5)2CHOH (C6H5)2-C-C-(C6H5)2 benzo- benzhydrol benpinacol phenone

Isomeric : hn N = N N = N C6H5 C6H5 C6H5 C6H5 (cis - azobenzene) (tran - azobenzene)

Decomposition: O hn CH3-C-CH3 CH3-CH3 + CO 313 nm (ethane) (ketone)

PHOTOCHEMISTRY E = hn E1 E0 สภาวะพื้น สภาวะเร้า (สถานะกระตุ้น)

“Spectroscopy” “Spectrophotometry” เป็นวิชาที่ศึกษาเกี่ยวกับการเกิดปฏิกิริยาร่วมระหว่างคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (electronic wave) หรือคลื่นแสง กับ สสาร (อะตอม โมเลกุล อิออน หรือ อนุมูลอิสระ)

คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า แสดง plane-polarized ของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ที่ประกอบด้วยสนามไฟฟ้า และ สนามแม่เหล็ก

2. เป็นอนุภาค (particle) คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า : เป็นพลังงานรูปหนึ่งที่แสดงสมบัติ สำคัญ 2 ประการ คือ 1. เป็นคลื่น (wave) 2. เป็นอนุภาค (particle) คลื่น : การหักเห การสะท้อนกลับ การเสริม หรือหักล้างของคลื่นการกระจาย เป็นต้น อนุภาค : Photoelectric effect

ที่เรียกว่า โฟตอน “Photon” และใช้ทฤษฎีของ Planck ปี ค.ศ. 1905 : Albert Einstein อธิบายปรากฏการณ์โฟโตอิเลคตริก โดยเสนอว่า แสง เป็นอนุภาค ที่เรียกว่า โฟตอน “Photon” และใช้ทฤษฎีของ Planck เพื่อกำหนดค่าพลังงานของโฟตอน ปี ค.ศ. 1905 : Albert Einstein อธิบายปรากฏการณ์ โฟโตอิเลคตริค โดยเสนอว่า แสง เป็นอนุภาคที่เรียกว่า “Photon” และใช้ทฤษฎีของ Planck กำหนดค่าพลังงานของโฟตอน

ที่มีความถี่ เท่ากั บ n คิดเป็น 1 ควอนตัม (quantum) อนุภาค 1 โฟตอน ที่มีความถี่ เท่ากั บ n มีพลังงานเท่ากับ hn คิดเป็น 1 ควอนตัม (quantum) E = hn h คือ ค่าคงที่ของ Planck = 6.6262 ด 10-34 J s

ความถี่ขีดเริ่ม (thereshold frequency) เมื่อแสงที่มีความถี่เหมาะสม ตกกระทบผิวหน้าของโลหะ จะทำให้อิเล็กตรอนที่เรียกว่า “โฟโตอิเล็กตรอน” หลุดออกมา พลังงานจลน์ของ โฟโตอิเล็กตรอน ความถี่ของแสง ความถี่ขีดเริ่ม (thereshold frequency) ความถี่ต่ำที่สุดที่ทำให้เกิดกระบวนการ โฟโตอิเล็กตรอน

Electromagnetic spectrum ช่วงสเปกตรัมของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ถูกนำมาใช้ประโยชน์ในวิชาเคมี มีช่วงคลื่นกว้าง ๆ ในช่วงตั้งแต่รังสีแกมมา (g -rays) ที่มีพลังงานสูงสุด(ความยาวคลื่นสั้นที่สุด) ไปจนถึงคลื่นวิทยุ (radio wave) ซึ่งมีพลังงานต่ำสุด (ความยาวคลื่นมากที่สุด)

g -rays X -rays UV VIS IR Microwave Radio wave short max short g -rays Nuclear transition W A V E L E N G T H X -rays Electronic transition (Inner, middle, valence shell) E N E R G Y UV VIS IR Molecular transition (vibration, rotation) Microwave Spin Orientation Radio wave min long