Transcript Фотохимические реакции - МОУ средняя общеобразовательная
Slide 1
Фотохимические реакции
Интегрированный день. 11 класс.
Сазонов Василий Викторович, учитель химии
МОУ СОШ д.Васькино
Slide 2
План
Классификация реакций по виду
инициирующей энергии.
2. Закономерности фотохимических реакций.
3. Механизм свободнорадикальных реакций.
4. Примеры фотохимии:
1.
Фотосинтез.
b) Фотография.
c) Фотодиссоциация.
a)
5.
Обобщение.
Сазонов Василий Викторович, учитель химии
МОУ СОШ д.Васькино
Slide 3
?
Назовите типы реакций по
признаку:
Вид энергии, инициирующий реакцию
Фотохимические реакции
Радиационные реакции
Электрохимические реакции
Термохимические реакции
Сазонов Василий Викторович, учитель химии
МОУ СОШ д.Васькино
Slide 4
Фотохимические реакции — химические
реакции, которые инициируются светом.
Примерами фотохимических реакций являются
фотосинтез в растениях, распад бромида серебра
в светочувствительном слое фотопластинки,
превращение молекул кислорода в озон в верхних
слоях атмосферы, фотоизомеризация и т.п.
Сазонов Василий Викторович, учитель химии
МОУ СОШ д.Васькино
Slide 5
Строение атома углерода
основное (стационарное)
состояние
С
1s22s22р2
возбужденное
состояние
Е
*
С 1s22s12р3
E
E
2s
1s
2р
1s22s22рx12рy1
Сазонов Василий Викторович, учитель химии
МОУ СОШ д.Васькино
2s
1s
2р
1s22s12рx12рy12рy1
Slide 6
Е h
Эффективность воздействия света зависит от его
энергии: чем больше частота колебаний (меньше
длина волны), тем выше энергия излучаемых
фотонов и тем сильнее воздействие кванта света на
облучаемую частицу – атом, ион или молекулу.
Сазонов Василий Викторович, учитель химии
МОУ СОШ д.Васькино
Slide 7
А. Эйнштейн вывел формулу, являющуюся
математическим выражением закона
фотохимической эквивалентности, согласно
которому каждая молекула, реагирующая под
действием света, поглощает только один квант
световой энергии; число прореагировавших
молекул должно равняться числу поглощенных
квантов. Количество энергии, поглощенное
1 моль прореагировавшего вещества
выражается уравнением:
E N Ah N A
Сазонов Василий Викторович, учитель химии
МОУ СОШ д.Васькино
hc
Slide 8
Определить энергию красного
и фиолетового цвета видимого излучения
E N Ah N A
hc
красная часть спектра λ ≈ 7,4·10–7м,
Е=
фиолетовый свет λ ≈ 4·10–7 м,
Е=
Сазонов Василий Викторович, учитель химии
МОУ СОШ д.Васькино
Slide 9
В видимом свете наименьшей энергией
обладает
красная часть спектра λ ≈ 7,4·10–7м,
Е = 158 кДж/моль.
фиолетовый свет λ ≈ 4·10–7 м,
Е = 300кДж/моль.
Сазонов Василий Викторович, учитель химии
МОУ СОШ д.Васькино
Slide 10
Механизм свободнорадикальной реакции
h
C n H 2 n 2 Г 2 C n H 2 n 1 Г HГ
1. Инициирование (образование свободного
радикала)
E(Cl–Cl) = 243,6 кДж/моль
E(CН3–Н) = 436,8 кДж/моль
Cl2
hv
Сазонов Василий Викторович, учитель химии
МОУ СОШ д.Васькино
2 Cl
Slide 11
В 1818 прибалтийский физик и химик
Теодор Гротгус сформулировал один из
основных законов фотохимии:
химическое действие может
произвести только свет, который
поглощается реагирующими
молекулами.
Например, водород не поглощает
видимый свет, а хлор поглощает только
фиолетовые и синие лучи. Поэтому
красный свет не может вызвать
реакцию в смеси водорода с хлором.
Сазонов Василий Викторович, учитель химии
МОУ СОШ д.Васькино
Теодор фон
Гротгус
1785-1822
Slide 12
Механизм свободнорадикальной реакции
h
C n H 2 n 2 Г 2 C n H 2 n 1 Г HГ
2. Рост цепи
CH4 + Cl
CH3Cl + H
Cl
+ CH4
CH3 + HCl
H
+ Cl2
HCl + Cl
Сазонов Василий Викторович, учитель химии
МОУ СОШ д.Васькино
Slide 13
Механизм свободнорадикальной реакции
h
C n H 2 n 2 Г 2 C n H 2 n 1 Г HГ
3. Обрыв цепи
CH3 + Cl
CH3Cl
H + Cl
HCl
CH3 + CH3
Сазонов Василий Викторович, учитель химии
МОУ СОШ д.Васькино
CH3CH3
Slide 14
Хлорирование метана
CH
h
4
Cl 2 CH 3 Cl HCl
хлорметан
h
CH 3 Сl Cl 2 CH 2 Cl 2 HCl
дихлорметан
h
CH 2 Сl 2 Cl 2 CHCl
3
HCl
трихлорметан
(хлороформ)
CHСl
h
3
Cl 2 CCl 4 HCl
тетрахлорметан
(четыреххлористый
углерод)
Сазонов Василий Викторович,
учитель химии МОУ СОШ
д.Васькино
Slide 15
Хлорирование 2-метилбутана
CH3
CH
CH2
CH3
+ Cl2
hv
CH3
!
Вначале замещаются атомы водорода у третичных
атомов углерода, затем – у вторичных и первичных.
Сазонов Василий Викторович, учитель химии
МОУ СОШ д.Васькино
Slide 16
Хлорирование 2-метилбутана
Cl
CH3
CH
CH2
CH3 + Cl2
hv
CH3
CH3
C
CH2
CH3 + HCl
CH3
2-метил-2-хлорбутан
Cl
CH3
C
CH2
CH3 + Cl2
hv
CH3
Сазонов Василий Викторович, учитель химии
МОУ СОШ д.Васькино
CH3
Cl
Cl
C
CH
CH3
CH3 + HCl
2-метил-2,3-дихлорбутан
Slide 17
Задания ЕГЭ
По механизму свободнорадикального
замещения происходит взаимодействие:
1) этена и брома
2) пропена и бромоводорода
3) хлорметана и гидроксида натрия
4) этана и хлора
Сазонов Василий Викторович, учитель химии
МОУ СОШ д.Васькино
Slide 18
Задания ЕГЭ
По радикальному механизму протекают
реакции
1) СН4 + Сl2 СН3Сl + НСl
2) С2Н4 + Н2O С2Н5ОН
3) С2Н6 + HNO3 C2H5NO2 + Н2O
4) С2Н2 + Н2O СН3СНО
5) C2H6 + Br2 C2H5Br + HBr
6) С2Н5ОН + НВг С2Н5Вг + Н2O
Сазонов Василий Викторович, учитель химии
МОУ СОШ д.Васькино
Slide 19
Задания ЕГЭ
Реакция бромирования пропана протекает
1) по радикальному механизму
2) в несколько стадий
3) с разрывом связи в молекуле брома в начале
реакции
4) в соответствии с правилом В.В. Марковникова
5) в присутствии катализатора
6) с преимущественным образованием
1-бромпропана
Сазонов Василий Викторович, учитель химии
МОУ СОШ д.Васькино
Slide 20
Фотодиссоциация (фотолиз)
Очень важны реакции
фотодиссоциации
молекул кислорода
и озона, идущие
в верхних слоях
атмосферы.
Сазонов Василий Викторович, учитель химии
МОУ СОШ д.Васькино
Slide 21
Фотография
В средние века алхимики знали, что соли серебра
чернеют со временем, но это связывали с действием
воздуха.
Лишь в 1727 г. Иоганн Генрих Шульце установил, что
почернение хлорида серебра происходит под
действием света. В 1802 г. немецкий физик Иоганн
Риттер исследовал химическое действие различных
участков светового спектра.
Сазонов Василий Викторович, учитель химии
МОУ СОШ д.Васькино
Slide 22
Фотография
Фотография – это способ получения
видимого изображения объектов с
помощью света. В качестве
светочувствительного вещества в
фотографии обычно применяют
галогениды серебра, равномерно
распределенные в виде
микрокристаллов (зерен) в водном
растворе защитного коллоида (обычно
желатины), нанесенного на подложку.
При небольших экспозициях формируется
скрытое изображение, которое
«проявляется» в присутствии
восстановителя. При этом атомы серебра,
по-видимому, катализируют процесс
восстановления.
Сазонов Василий Викторович, учитель химии
МОУ СОШ д.Васькино
Slide 23
Фотография
В начале 80-х гг. в телевикторине «Что? Где? Когда?»
знатокам показали фотографию католического
собора, сделанную в середине XIX столетия. Место там
вообще-то очень людное, но на снимке не было ни
одного человека. Последовал вопрос: «Где люди,
почему их нет?» Увы, знатоки решили, что в момент
съемок людей просто попросили уйти из кадра, дабы
не портить пейзаж.
Правильный ответ крылся в крайне слабой
чувствительности фотоматериалов XIX века. За полчаса
экспонирования люди преспокойно успевали войти и
выйти из кадра, не оставив даже следа на
Сазонов Василий Викторович, учитель химии
МОУ СОШ д.Васькино
фотопластинке!
Slide 24
Флуоресценция
Молекула, поглотившая в первичном процессе квант
света, приобретает избыточную энергию, поэтому
такую молекулу называют возбужденной. В отличие от
теплового воздействия, когда возбуждаются
колебательные движения молекулы и возрастает ее
кинетическая энергия, при поглощении фотона
энергия передается электронам. С электронно
возбужденной молекулой могут происходить самые
разнообразные процессы. Возбужденное состояние
может за очень короткое время (порядка 10–9 с)
вернуться в основное состояние, отдавая избыточную
энергию в виде кванта света (как правило, с меньшей
энергией). Этот процесс называется флуоресценцией.
Сазонов Василий Викторович, учитель химии
МОУ СОШ д.Васькино
Slide 25
Люминесценция
Флуоресцируют многие
органические красители в
растворах, например
флуоресцеин.
Фосфоресценция наблюдается
у некоторых красителей,
растворенных в твердых
стеклах, и у минералов, таких,
как сульфид цинка, который
испускает свет спустя
длительное время после
помещения в темноту.
Сазонов Василий Викторович, учитель химии
МОУ СОШ д.Васькино
Slide 26
Люминесценция
Возбужденные продукты
образуются в результате некоторых
химических реакций. Если при этом
происходит испускание света, то
говорят, что имеет место
хемилюминесценция. Одна из
наиболее эффективных
хемилюминесцентных систем
обнаружена у светляков. Свечение
происходит в результате окисления
люциферина, катализируемого
люциферазой.
Сазонов Василий Викторович, учитель химии
МОУ СОШ д.Васькино
Slide 27
Отличительной особенностью фотохимических
реакций является то, что скорость их протекания не
зависит от температуры и определяется только
вероятностью поглощения квантов света, которая
практически не зависит от температуры.
Основными требованиями для фотохимических
реакций являются:
энергия источника излучения должна
соответствовать энергии электронного перехода
между орбиталями;
излучение должно быть способным достичь целевых
функциональных групп и не быть заблокированным
реактором и другими функциональными группами.
Сазонов Василий Викторович, учитель химии
МОУ СОШ д.Васькино
Фотохимические реакции
Интегрированный день. 11 класс.
Сазонов Василий Викторович, учитель химии
МОУ СОШ д.Васькино
Slide 2
План
Классификация реакций по виду
инициирующей энергии.
2. Закономерности фотохимических реакций.
3. Механизм свободнорадикальных реакций.
4. Примеры фотохимии:
1.
Фотосинтез.
b) Фотография.
c) Фотодиссоциация.
a)
5.
Обобщение.
Сазонов Василий Викторович, учитель химии
МОУ СОШ д.Васькино
Slide 3
?
Назовите типы реакций по
признаку:
Вид энергии, инициирующий реакцию
Фотохимические реакции
Радиационные реакции
Электрохимические реакции
Термохимические реакции
Сазонов Василий Викторович, учитель химии
МОУ СОШ д.Васькино
Slide 4
Фотохимические реакции — химические
реакции, которые инициируются светом.
Примерами фотохимических реакций являются
фотосинтез в растениях, распад бромида серебра
в светочувствительном слое фотопластинки,
превращение молекул кислорода в озон в верхних
слоях атмосферы, фотоизомеризация и т.п.
Сазонов Василий Викторович, учитель химии
МОУ СОШ д.Васькино
Slide 5
Строение атома углерода
основное (стационарное)
состояние
С
1s22s22р2
возбужденное
состояние
Е
*
С 1s22s12р3
E
E
2s
1s
2р
1s22s22рx12рy1
Сазонов Василий Викторович, учитель химии
МОУ СОШ д.Васькино
2s
1s
2р
1s22s12рx12рy12рy1
Slide 6
Е h
Эффективность воздействия света зависит от его
энергии: чем больше частота колебаний (меньше
длина волны), тем выше энергия излучаемых
фотонов и тем сильнее воздействие кванта света на
облучаемую частицу – атом, ион или молекулу.
Сазонов Василий Викторович, учитель химии
МОУ СОШ д.Васькино
Slide 7
А. Эйнштейн вывел формулу, являющуюся
математическим выражением закона
фотохимической эквивалентности, согласно
которому каждая молекула, реагирующая под
действием света, поглощает только один квант
световой энергии; число прореагировавших
молекул должно равняться числу поглощенных
квантов. Количество энергии, поглощенное
1 моль прореагировавшего вещества
выражается уравнением:
E N Ah N A
Сазонов Василий Викторович, учитель химии
МОУ СОШ д.Васькино
hc
Slide 8
Определить энергию красного
и фиолетового цвета видимого излучения
E N Ah N A
hc
красная часть спектра λ ≈ 7,4·10–7м,
Е=
фиолетовый свет λ ≈ 4·10–7 м,
Е=
Сазонов Василий Викторович, учитель химии
МОУ СОШ д.Васькино
Slide 9
В видимом свете наименьшей энергией
обладает
красная часть спектра λ ≈ 7,4·10–7м,
Е = 158 кДж/моль.
фиолетовый свет λ ≈ 4·10–7 м,
Е = 300кДж/моль.
Сазонов Василий Викторович, учитель химии
МОУ СОШ д.Васькино
Slide 10
Механизм свободнорадикальной реакции
h
C n H 2 n 2 Г 2 C n H 2 n 1 Г HГ
1. Инициирование (образование свободного
радикала)
E(Cl–Cl) = 243,6 кДж/моль
E(CН3–Н) = 436,8 кДж/моль
Cl2
hv
Сазонов Василий Викторович, учитель химии
МОУ СОШ д.Васькино
2 Cl
Slide 11
В 1818 прибалтийский физик и химик
Теодор Гротгус сформулировал один из
основных законов фотохимии:
химическое действие может
произвести только свет, который
поглощается реагирующими
молекулами.
Например, водород не поглощает
видимый свет, а хлор поглощает только
фиолетовые и синие лучи. Поэтому
красный свет не может вызвать
реакцию в смеси водорода с хлором.
Сазонов Василий Викторович, учитель химии
МОУ СОШ д.Васькино
Теодор фон
Гротгус
1785-1822
Slide 12
Механизм свободнорадикальной реакции
h
C n H 2 n 2 Г 2 C n H 2 n 1 Г HГ
2. Рост цепи
CH4 + Cl
CH3Cl + H
Cl
+ CH4
CH3 + HCl
H
+ Cl2
HCl + Cl
Сазонов Василий Викторович, учитель химии
МОУ СОШ д.Васькино
Slide 13
Механизм свободнорадикальной реакции
h
C n H 2 n 2 Г 2 C n H 2 n 1 Г HГ
3. Обрыв цепи
CH3 + Cl
CH3Cl
H + Cl
HCl
CH3 + CH3
Сазонов Василий Викторович, учитель химии
МОУ СОШ д.Васькино
CH3CH3
Slide 14
Хлорирование метана
CH
h
4
Cl 2 CH 3 Cl HCl
хлорметан
h
CH 3 Сl Cl 2 CH 2 Cl 2 HCl
дихлорметан
h
CH 2 Сl 2 Cl 2 CHCl
3
HCl
трихлорметан
(хлороформ)
CHСl
h
3
Cl 2 CCl 4 HCl
тетрахлорметан
(четыреххлористый
углерод)
Сазонов Василий Викторович,
учитель химии МОУ СОШ
д.Васькино
Slide 15
Хлорирование 2-метилбутана
CH3
CH
CH2
CH3
+ Cl2
hv
CH3
!
Вначале замещаются атомы водорода у третичных
атомов углерода, затем – у вторичных и первичных.
Сазонов Василий Викторович, учитель химии
МОУ СОШ д.Васькино
Slide 16
Хлорирование 2-метилбутана
Cl
CH3
CH
CH2
CH3 + Cl2
hv
CH3
CH3
C
CH2
CH3 + HCl
CH3
2-метил-2-хлорбутан
Cl
CH3
C
CH2
CH3 + Cl2
hv
CH3
Сазонов Василий Викторович, учитель химии
МОУ СОШ д.Васькино
CH3
Cl
Cl
C
CH
CH3
CH3 + HCl
2-метил-2,3-дихлорбутан
Slide 17
Задания ЕГЭ
По механизму свободнорадикального
замещения происходит взаимодействие:
1) этена и брома
2) пропена и бромоводорода
3) хлорметана и гидроксида натрия
4) этана и хлора
Сазонов Василий Викторович, учитель химии
МОУ СОШ д.Васькино
Slide 18
Задания ЕГЭ
По радикальному механизму протекают
реакции
1) СН4 + Сl2 СН3Сl + НСl
2) С2Н4 + Н2O С2Н5ОН
3) С2Н6 + HNO3 C2H5NO2 + Н2O
4) С2Н2 + Н2O СН3СНО
5) C2H6 + Br2 C2H5Br + HBr
6) С2Н5ОН + НВг С2Н5Вг + Н2O
Сазонов Василий Викторович, учитель химии
МОУ СОШ д.Васькино
Slide 19
Задания ЕГЭ
Реакция бромирования пропана протекает
1) по радикальному механизму
2) в несколько стадий
3) с разрывом связи в молекуле брома в начале
реакции
4) в соответствии с правилом В.В. Марковникова
5) в присутствии катализатора
6) с преимущественным образованием
1-бромпропана
Сазонов Василий Викторович, учитель химии
МОУ СОШ д.Васькино
Slide 20
Фотодиссоциация (фотолиз)
Очень важны реакции
фотодиссоциации
молекул кислорода
и озона, идущие
в верхних слоях
атмосферы.
Сазонов Василий Викторович, учитель химии
МОУ СОШ д.Васькино
Slide 21
Фотография
В средние века алхимики знали, что соли серебра
чернеют со временем, но это связывали с действием
воздуха.
Лишь в 1727 г. Иоганн Генрих Шульце установил, что
почернение хлорида серебра происходит под
действием света. В 1802 г. немецкий физик Иоганн
Риттер исследовал химическое действие различных
участков светового спектра.
Сазонов Василий Викторович, учитель химии
МОУ СОШ д.Васькино
Slide 22
Фотография
Фотография – это способ получения
видимого изображения объектов с
помощью света. В качестве
светочувствительного вещества в
фотографии обычно применяют
галогениды серебра, равномерно
распределенные в виде
микрокристаллов (зерен) в водном
растворе защитного коллоида (обычно
желатины), нанесенного на подложку.
При небольших экспозициях формируется
скрытое изображение, которое
«проявляется» в присутствии
восстановителя. При этом атомы серебра,
по-видимому, катализируют процесс
восстановления.
Сазонов Василий Викторович, учитель химии
МОУ СОШ д.Васькино
Slide 23
Фотография
В начале 80-х гг. в телевикторине «Что? Где? Когда?»
знатокам показали фотографию католического
собора, сделанную в середине XIX столетия. Место там
вообще-то очень людное, но на снимке не было ни
одного человека. Последовал вопрос: «Где люди,
почему их нет?» Увы, знатоки решили, что в момент
съемок людей просто попросили уйти из кадра, дабы
не портить пейзаж.
Правильный ответ крылся в крайне слабой
чувствительности фотоматериалов XIX века. За полчаса
экспонирования люди преспокойно успевали войти и
выйти из кадра, не оставив даже следа на
Сазонов Василий Викторович, учитель химии
МОУ СОШ д.Васькино
фотопластинке!
Slide 24
Флуоресценция
Молекула, поглотившая в первичном процессе квант
света, приобретает избыточную энергию, поэтому
такую молекулу называют возбужденной. В отличие от
теплового воздействия, когда возбуждаются
колебательные движения молекулы и возрастает ее
кинетическая энергия, при поглощении фотона
энергия передается электронам. С электронно
возбужденной молекулой могут происходить самые
разнообразные процессы. Возбужденное состояние
может за очень короткое время (порядка 10–9 с)
вернуться в основное состояние, отдавая избыточную
энергию в виде кванта света (как правило, с меньшей
энергией). Этот процесс называется флуоресценцией.
Сазонов Василий Викторович, учитель химии
МОУ СОШ д.Васькино
Slide 25
Люминесценция
Флуоресцируют многие
органические красители в
растворах, например
флуоресцеин.
Фосфоресценция наблюдается
у некоторых красителей,
растворенных в твердых
стеклах, и у минералов, таких,
как сульфид цинка, который
испускает свет спустя
длительное время после
помещения в темноту.
Сазонов Василий Викторович, учитель химии
МОУ СОШ д.Васькино
Slide 26
Люминесценция
Возбужденные продукты
образуются в результате некоторых
химических реакций. Если при этом
происходит испускание света, то
говорят, что имеет место
хемилюминесценция. Одна из
наиболее эффективных
хемилюминесцентных систем
обнаружена у светляков. Свечение
происходит в результате окисления
люциферина, катализируемого
люциферазой.
Сазонов Василий Викторович, учитель химии
МОУ СОШ д.Васькино
Slide 27
Отличительной особенностью фотохимических
реакций является то, что скорость их протекания не
зависит от температуры и определяется только
вероятностью поглощения квантов света, которая
практически не зависит от температуры.
Основными требованиями для фотохимических
реакций являются:
энергия источника излучения должна
соответствовать энергии электронного перехода
между орбиталями;
излучение должно быть способным достичь целевых
функциональных групп и не быть заблокированным
реактором и другими функциональными группами.
Сазонов Василий Викторович, учитель химии
МОУ СОШ д.Васькино