Merhaba arkadaşlar bugünkü yazımızda sizlere fotokimya ve fotokimyasal uyarmaları anlatacağım. Fotokimyanın ilgi alanı, ışımalarının soğurulmasından kaynaklanan kimyasal sonuçlardır. Gerçekte bu süreç, söz konusu molekülleri uyarılmış duruma, yani normalden daha yüksek bir enerji durumuna getirir. Kullanılan enerji miktarı molekül ölçeğinde ele alındığında gerçekten çök büyüktür ve üstelik, molekülün yalnız bir kısmını ilgilendirmek gibi bir üstünlüğü de vardır. Uyarılmadan sonra bir molekül, genellikle enerjisini dış ortama bırakarak normal durumuna geri döner. Molekülle ortam arasındaki bu enerji alışverişi ısı veya yeniden ışıma biçiminde gerçekleşen bir olgudur: bu durumda flüorışı (flüoresans) veya fosforışı (fosforesans) diye adlandırdığımız olaylar meydana gelir.
Molekülün etkin durumu yeterli bir ömre sahipse fotokimyasal tepkimelere, yani ışıkla etkinleşen tepkimelere yol açar. Bu tür kimyasal tepkimelerin sağladığı yarar, ısıl etkinleşmeyle elde edilemeyen dönüşümlere imkân vermesidir.
Fotokimya Örnekleri
Fotokimya pek çok doğal veya yapay süreçte olaylara katılır. Mesela, görme olayının birinci aşaması bir fotokimyasal dönüşümdür veya fotoizomerleşmedir. Aslında, soğurulan bir foton bir retinal molekülünün bir izomer moleküle kimyasal dönüşümünü sağlar. Bu değişiklik algılanır ve yükseltilir.Fotosentezin birinci adımı olan ışık enerjisinin bitkilerce kullanımı da bir fotokimyasal süreçtir. Güneş enerjisini kullanmak amacıyla yapılan çok sayıda çalışma, doğrudan fotosentez olayından esinlenir.
Konuya eklenmiş linkleri görmek için kayıt olmalısınız.
Şekil 1’de görüldüğü gibi tersinir bir fotokimyasal tepkimeye örnek olarak spiropiranın açık hali yukarıda gösterilmiştir.
Nihayet, fotokimya alanındaki son araştırmalar şimdiden şaşırtıcı özellikler taşıyan yeni malzemelerin bulunmasını sağladı. Bunlara örnek olarak fotopolimerleşen, dış hekimliğinde veya cisimlerin üçboyutlu kopyalarını çıkarmada kullanılan bileşikler sayılabilir. Ayrıca, bir ışık ışıması altında renk değiştiren fotokrom maddeler de vardır. Bu süreç tersinir hale getirildiğinde, iki tabanlı bilgi depolayabilecek moleküller elde edilecektir. Bunlar da çok yüksek yoğunlukta yeni tıp bilgisayar belleklerinin yapımına imkân tanıyacaktır.
Fotokimyasal Uyarma
Maddenin ışığı soğurması aşırı hızla gelişen ve son derece seçimsel nitelik taşıyan bir süreçtir; bu oluşum moleküllerin içinde, hiçbir başka yolla elde edilmesine imkan olmayan yeni düzenlemeler doğurur. Elektromanyetik ışımayı soğurma olayı fotokimyanın temelini oluşturur Bu olay bir molekülün bir fotonu (ışık tanesi soğurarak, bunun enerjisini alması biçiminde açıklanabilir; söz konusu molekül, bu olay sonucu uyarılmış duruma geçer. Bu yeni durumda, elektronların dağılımı ve bazen molekülün geometrisi tamamen değişebilir, böylece temel durum diye adlandırılan ve başlangıç durumundan çok farklı yepyeni bir biçim alabilir. Bu yüzden uyarılmış durum, temel durumun bir izomeri olarak kabul edilebilir; nitekim bu molekül artık farklı spektroskopik ve kimyasal özellikler gösterirIsıtmayla moleküllere kolayca iletilen basit ısıl uyarmaya nispetle fotokimyasal uyarma dikkate değer özellikler sunar, öncelikle bu tepkimede soğurulan enerji miktarı molekül ölçeğinde çok büyüktür. 500 nm’lik bir dalga boyu taşıyan bir fotonun (kırmızı ışık) soğurulması 2,5 eV’luk bir enerji doğurur. Eğer aynı sonuca ısıl yoldan erişmek isteseydik, bu amaca ulaşabilmek için 20-30 bin derece sıcaklık gerekecekti. Daha sonra bu enerji seçimsel bir şekilde depolanır; yani ancak özel bir bağı veya bir molekül parçasını ilgilendirir. Bir sonraki aşamada işte o bağ kopacak veya molekül parçası uyarılacaktır.
Bununla birlikte, molekülün fotonun enerjisini soğurabilmesi için bir ön koşulun gelmesi gerekir. Işımadaki dalga boyunun molekülün bir soğurma bölgesine denk düşmesi de zorunludur. Nitekim renksiz ve saydam bir madde, mesela su, ışık enerjisini soğuramaz. Renkli bir maddeyse ancak kendi renginin bütünleyicisi olan ışımaları, yani madde sarıysa, mavi ve moru veren ışımaları soğurabilir. Böyle bir olayda molekül Planck formülü diye adlandırılan ΔE = hc/λ’ye göre ΔE’lik bir enerji kazanır; burada λ ışık ışımasının dalga boyu c ışık hızı ve h Planck değişmezidir. Bu formüle göre mavi renge veya daha iyisi denk düşen kısa dalga boylu ışımalar fotokimyada daha etkindir.
Fotokimyasal uyarmanın belirtilmeye değer bir başka özelliği de şudur: bu olay, tümüyle elektronların hareketlerini karşıladığından son derece kısa bir süreç oluşturur. Süresi 10-15 sn (saniyenin milyar kere milyonda biri) olan ışığı soğurma süresi boyunca elektron yapısında yeni bir düzenlenme gerçekleşirken, ilgili atomların çekirdekleri sabit kalır. Bu durumda fotokimyasal dönüşümün iki aşamada tamamlandığı söylenebilir; enerji soğurma ve ardından bir tepkimeye yol açabilen molekül hareketleri.
