Chương 3 : ĐỘNG HÓA HỌC
Định luật này chỉ rõ nguyên nhân gây ra phản ứng quang hoá chính là các bức xạ, nhưng sự hấp thu có tính chọn lọc chứ không phải là bất kỳ bức xạ nào (thường các bức xạ ở 0
vùng khả kiến đến vùng tử ngoại tức các bức xạ có bước sóng trong khoảng từ 4000 A đến 0
7000 A ). Ta cũng thấy khi hấp thụ bức xạ thì có thể xảy ra phản ứng chứ chưa chắc phải xảy ra vì có thể phân tử "dùng" năng lượng vào việc phát nhiệt hay dao động chẳng hạn. b) Định luật Lambert - Beer : Xác suất hấp thu của hệ tỉ lệ thuận với nồng độ các phân tử hấp thu. Định luật này thường được biểu diễn bằng phương trình sau : dI k .C.dl . I
Với : I là cường độ ánh sáng có bước sóng xác định ; dI là biến thiên cường độ ánh sáng khi nó đi qua lớp mỏng chất có độ dày dl và nồng độ C có số phân tử n ; k là hệ số tỉ lệ phụ thuộc vào bước sóng, bản chất chất hấp thu và nhiệt độ. I
Lấy tích phân 2 vế phương trình trên :
I0
l
I dI k .C.dl . Ta được : ln k .C.l . Hay : I = I Io
0
-kCl
I0e . Với I0 và I lần lượt là cường độ ánh sáng trước khi đi qua lớp hấp thu (l = 0) và sau khi đi qua lớp hấp thu có bề dày l. Hay năng lượng bị hấp thu E : E = I0 - I = I0(1- e-k.C.l). c) Định luật đương lượng quang hoá của Einstein : Dưới tác dụng của ánh sáng, mỗi phân tử phản ứng hấp thu một lượng tử bức xạ đã gây ra phản ứng. Như vậy mỗi phân tử hấp thu một năng lượng : = h = h
c .
Với h là hằng số Planck ; là tần số của bức xạ có bước sóng ; c là vận tốc ánh sáng. Khi bước sóng càng ngắn thì lượng tử năng lượng càng lớn, thì phạm vi phản ứng gây nên bởi ánh sáng càng rộng. Theo định luật Einstein thì một lượng tử được hấp thụ gây nên sự chuyển hóa của một phân tử. Nhưng thông thường người ta nhận thấy số phân tử phản ứng trong phản ứng quang hoá không bằng số lượng tử bị hấp thu. Vì vậy người ta đưa ra khái niệm Hiệu suất lượng tử n . Với p . Trong đó : np là số phân tử của chất đã phản ứng và na là số lượng tử ánh na sáng đã hấp thu. Có những phản ứng có = 1, cũng có những phản ứng có < 1 và có những phản ứng có > 1, còn có >> 1. Tại sao < 1 ? Do các phân tử khi hấp thu lượng tử biến một phần thành năng lượng khác mà không tạo phản ứng như chuyển năng lượng sang phân tử khác hay chuyển hoá thành nhiệt năng. Nhưng tại sao > 1, lại còn >> 1 ? Do khi ban đầu các phản ứng khơi mào xảy ra ứng với hiệu suất lượng tử = 1, nhưng sau đó các trung tâm hoạt động sinh ra từ các phản ứng khơi mào này lại là nhân tố cho các phản ứng ở giai đoạn phát triển tức là phản ứng thứ cấp diễn tiến mà không cần nhận năng lượng nữa như phản ứng dây chuyền đã nói ở trên. Vậy ánh sáng không phải là chất xúc tác mà chính ánh sáng là tác nhân đã gây ra trung tâm hoạt động. Phản ứng quang hợp : Chức năng quan trọng, có lẽ là quan trọng nhất của ánh sáng là vai trò của nó trong phản ứng quang hợp, nó cùng với clorophil, một chất phức tạp của magie có trong chất màu xanh của thực vật là tác nhân gây ra phản ứng này - là phản ứng giữa cacbonic và nước, có thể viết thành sơ đồ : CO2 + H2O + h. clorophil
1 (CH 2 O) n n
+ O2.
Từ năng lượng của phản ứng này cho từng loại sản phẩm (glucoze, xenluloze,…), tính toán 0
được rằng để cho phản ứng xảy ra cần phải có bức xạ trong vùng tử ngoại ngắn (< 2300 A ). Bức xạ loại này không có trong vùng khả kiến, vì vậy người ta cho rằng clorophil có tác dụng như chất cảm quang - chính nó hấp thu ánh sáng và tạo điều kiện cho quá trình quang hợp. 46
HÓA ĐẠI CƯƠNG 2