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Efeito fotoquímico

Prof. Luiz Ferraz Netto
leobarretos@uol.com.br
 

As duas categorias de reações fotoquímicas
As radiações podem determinar dois tipos de reações químicas:

1)As que não exigem nenhuma contribuição de energia externa (reações exotérmicas) e nas quais as radiações têm um papel apenas de disparo, como é o caso, por exemplo, da reação:

H2 + Cl2 ==> 2HCl (exotérmica),

que, se os gases H e Cl estão secos, não se produz na obscuridade e que se opera quando a luz age sobre a mistura gasosa, tudo como se ela fizesse cessar um estado de falso equilíbrio.

2)As que exigem uma contribuição de energia (reações endotérmicas) e para as quais uma parte do fluxo de energia das radiações é absorvido e se reencontra como acréscimo da energia utilizável do sistema (na maioria dos casos ela é sensivelmente igual à variação de energia interna do sistema). Diz-se que ocorreu absorção fotoquímica. Este caso é muito menos freqüente do que o precedente.

É, por exemplo, o caso da reação:

3O2 ==> 2O3  (endotérmica),

que se opera somente sob a ação de radiações ultravioletas de comprimento de onda muito curto (l < 1900Å = 1900 x 10-10 m = 190 nm).

As radiações eficazes são geralmente as radiações de curto comprimento de onda
Consideremos a transformação de três moléculas de oxigênio em duas moléculas de ozônio. Esta transformação exige uma energia que, por átomo de oxigênio transformado, indicaremos por W. Para que a reação precedente ocorra é necessário que o quantum de energia h
n da radiação absorvida seja pelo menos igual a W. É necessário que se tenha:

hn > W   ou   n > W/h ,

ou seja, fazendo intervir o comprimento de onda  l = c/n  (c = velocidade da luz):

c/l > W/h    ou     l < ch/W .

Expressão que mostra que, entre as radiações excitadoras podem agir apenas (mas não agirão forçosamente) aquelas cujo comprimento de onda é inferior a ch/W. Tal é a explicação do fato de serem as radiações de curto comprimento de onda as mais ativas do ponto de vista químico (por causa desta propriedade é que se designavam outrora as radiações ultravioletas sob o nome de radiações químicas; as esta denominação é muito criticável , visto que, na assimilação clorofiliana intervêm, por sua ação fotoquímica, radiações visíveis, mesmo radiações vermelhas).

Foto-ionização: Entre as reações da categoria precedente (endotérmicas) é necessário citar a ionização, isto é, o 'arranque' de um elétron a um de seus átomos ou a uma de suas moléculas, pois a ionização modifica profundamente a atividade química da molécula.
Naturalmente a energia Wo necessária para esta ionização é expressa pelo produto Wo = eU (e = carga do elétron, U = elevação de potencial necessária ao elétron para escapar à ação do núcleo do átomo).
Procuremos o comprimento de onda máximo das radiações excitadoras suscetíveis de provocar a ionização. Temos, sendo e a carga do elétron = 1,6 x 10-19 C, que a energia mínima necessária será:

Wo = 1,6.10-19.U joules (carga em coulombs e U em volts).

A condição precedente se escreve:

l < ch/Wo    ou seja   l (m) < [3.108 (m/s).6,626 068 x 10-34 (J s)]/1,6.10-19.U (J) = 12,4/U (m)

Sendo os potenciais de ionização de ao menos vários volts, a desigualdade precedente mostra que apenas as radiações de curto comprimento de onda podem produzir a foto-ionização.

Ações fotoquímicas artificiais e naturais
Ações artificiais: Conhece-se um grande número. Na categoria das reações fotoquímicas catalíticas (aquelas em que as radiações se limitam a provocar o disparo das operações), citemos as reações muito numerosas nas quais o cloro origina com corpos da Química Orgânica os compostos de adição ou de substituição. Tem-se podido servir de algumas dentre elas para a dosagem de radiações nas aplicações terapêuticas.

O número de reações fotoquímicas conhecidas na segunda categoria é muito menor [sem dúvida porque elas exigem radiações de comprimento de onda muito curto situadas no ultravioleta curto (l < 180 nm, mais eu menos) e que são pouco empregadas em razão de sua forte absorção pelo ar]. Além da formação do ozônio, citemos a decomposição da água:

2H2O ==> 2H2 + O

Ações naturais: Há duas, de importâncias consideráveis.
Primeiramente a transformação na atmosfera muito alta (sob o efeito das radiações de comprimento de onda muito curto, isto é, ultravioletas, emitidas pelo Sol e absorvidas pelo ar) do oxigênio em ozônio. Temos assinalado que o próprio ozônio absorvendo o ultravioleta nos protege contra as radiações mortais para os animais e para o homem.

A seguir, vem a função clorofiliana, isto é, o conjunto das reações seguintes nas quais o pigmento verde das plantas ou clorofila, sob a ação das radiações solares representa um papel capital: decomposição do gás carbônico do ar, assimilação do carbono, síntese dos hidratos de carbono (glicose, açúcar, amido, madeira etc.). A presença da clorofila é necessária, pois este pigmento não pode agir senão na célula vegetal, a ação da luz é indispensável, pois a decomposição do CO2 não se produz na obscuridade. Ressaltemos que a função clorofiliana é de uma importância capital, pois ela condiciona toda a vida vegetal e, em conseqüência, toda a vida animal sobre a Terra.

Aplicações das ações foto químicas
Esterilização: As ações fotoquímicas exercidas sobre as células pelas radiações ultravioletas têm por efeito matar os vegetais inferiores (mofos) ou os animais inferiores (bactérias). Tal é o princípio da esterilização dos líquidos (em particular da água) pela radiação ultravioleta.

Empregos terapêuticos: As radiações ultravioletas agem contra o raquitismo seja diretamente, seja indiretamente pela ingestão de substâncias previamente irradiadas, sendo o efeito desta irradiação a síntese fotoquímica da vitamina D.

 


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