פוטוכימיה

ספקטרום הקרינה האלקטרומגנטית

פוטוכימיה (באנגלית: Photochemistry) היא ענף בכימיה העוסק באופן שבו האור, כולל קרינת על סגול ותת אדום, משפיע על אטומים ותרכובות. בתהליכים פוטוכימיים, האור מספק את אנרגיית השפעול ליצירת התהליך הכימי.

לאור השפעה ניכרת על קשרים כימיים; הוא מסוגל לשבור קשרים קיימים ולעודד יצירת קשרים חדשים. בנוסף, מסוגל האור להשפיע על הרכב האטום, ולגרום לאלקטרונים להיפלט מהאטום או לשנות את רמת האנרגיה שלהם.

תופעות פוטוכימיות בטבע

תופעות פוטוכימיות מופיעות בהקשרים רבים בעולם הפיזיקלי, בין השאר ביצירת האוזון באטמוספירה ובתופעת הדהייה של צבע באור השמש.

תופעות פוטוכימיות רבות מתרחשות בעולם החי, ועל כן תחומי מחקר רבים של הביוכימיה נשענים על הפוטוכימיה. תרכובות רבות משמשות כקולטני אור בעולם החי: כלורופיל בתהליך הפוטוסינתזה, פיטוכרום בתהליכי העברת אותות בצמחים, רודופסין בעיניהם של בעלי החיים המפותחים. הפוטוכימיה חוקרת את האופן בו מסוגלות תרכובות אלו לקלוט את האור ואת השינוי הנגרם בהן כתוצאה מכך.

שימושים

למחקרים בפוטוכימיה שימושים רבים בכימיה האנליטית. שיטות ומכשירים רבים המשמשים לזיהוי ולכימות חומרים מבוססים על אור ועל האינטראקציות שלו עם החומר. הספקטרוסקופיה, למשל, כוללת עשרות שיטות אנליטיות נפרדות המבוססות כולן על ספיגת קרינה אלקטרומגנטית.

שימושים הנדסיים בפוטוכימיה כוללים את הצילום על סרט צילום ואת התקני אחסון הנתונים המשתמשים באור לכתיבה ולמחיקה. למשל, זיכרון EPROM ניתן למחיקה בעזרת אור על סגול. תקליטורים מסוג CD-RW נמחקים בעזרת אינטראציה פוטוכימית. תהליכים פוטוכימיים משמשים גם בייצור מעגלים משולבים ומעגלים מודפסים עליהם מורכבים רכיבים אלקטרוניים. תהליכים אלו מכונים פוטוליתוגרפיה.

תהליכים פוטוכימיים

נהוג לחלק את התהליכים הפוטוכימיים לתהליכים המתבצעים בין אור למולקולה אחת ולתהליכים בהם מעורבים שתי מולקולות. תהליכים פוטואלקטריים חד-מלקוליים כוללים את הפוטוליזה והאיזומריזציה. תהליכים דו-מולקוליים כוללים את הפוטומריזציה ואת העתקת אטום מימן.

חוקי הפוטוכימיה

החוק הראשון של הפוטוכימיה, הנקרא חוק גרטהאוס-דרייפר, נוסח על ידי תאודור גרטהאוס בשנת 1817 ובהמשך על ידי ג'ון ויליאם דרייפר בשנת 1842 עוד לפני שהפוטוכימיה הוכר כענף מדעי נפרד. חוק גרטהאוס-דרייפר קובע שרק אור שנבלע על ידי החומר יכול להביא לשינוי פוטוכימי.

החוק השני של הפוטוכימיה, חוק שטארק-איינשטיין, נקרא על שם יוהנס שטארק ואלברט איינשטיין אשר גילו אותו בנפרד. חוק שטארק-איינשטיין קובע שכל פוטון שנבלע משפיע על מולקולה אחת בלבד.

קשרים לענפי כימיה אחרים

הפוטוכימיה קשורה בקשר הדוק לכימיה הפיזיקלית, החוקרת את הכוחות הפיזיקליים המשתתפים בקשרים הכימיים וכן את החלקיקים התת-אטומיים המרכיבים את האטום.