کتاب اصول و کاربردهای فوتوشیمی

کتاب اصول و کاربردهای فوتوشیمی نوشته برایان واردل و ترجمه اعظم خوانین زاده و حمید مدرس توسط انتشارات دانشگاه صنعتی امیرکبیر با موضوع مهندسی شیمی، کاربرد فتوشیمی به چاپ رسیده است.

فتوشیمی شاخه‌ای از شیمی است که به بر هم کنش بین ماده و فوتون‌‌های نور مرئی یا فرابنفش و نیز فرایندهای فیزیکیو شیمیایی که متعاقبا از حالت بر انگیخته‌ی تشکیل شده توسط جذب فرتون روی می‌دهند،ارتباط دارد.

معرفی مباحث کتاب اصول و کاربردهای فوتوشیمی

۱. جذب نور و ترازهای برانگیخته الکترونی

ماهیت جذب نور:

جذب فوتون → انتقال الکترون از تراز پایه (S₀) به ترازهای برانگیخته (S₁، S₂ …).

قوانین گزینش: مجاز یا ممنوع بودن انتقال‌ها

طیف‌سنجی UV/Vis: ابزار بررسی گذارهای الکترونی

نوع ترازها:

π → π*

n → π*

σ → σ*

زمان‌های گذار: در مقیاس فمتوثانیه تا پیکوثانیه

۲. غیرفعال‌سازی فیزیکی حالت‌های برانگیخته (Physical Deactivation)
حالت‌های برانگیخته چگونه بدون واکنش شیمیایی از بین می‌روند؟

Relaxation: بازگشت به حالت پایه بدون تابش

Internal Conversion (IC): تبدیل درون‌حالت سینگلت

Intersystem Crossing (ISC): انتقال سینگلت → تریپلت

Quenching: خاموشی حالت برانگیخته توسط مواد خارجی (O₂، نوکلئوفیل‌ها، حلال)

۳. فرآیندهای تابشی حالت‌های برانگیخته

فلورسانس (Fluorescence):

S₁ → S₀ + فوتون

سریع، در حد نانوثانیه

فسفرسانس (Phosphorescence):

T₁ → S₀ + فوتون

کندتر، میلی‌ثانیه تا ثانیه

تابش چِدری (Delayed Fluorescence):

Thermally activated delayed fluorescence (TADF)

Triplet–Triplet annihilation (TTA)

۴. جهش‌های غیرتابشی درون‌مولکولی حالت‌های برانگیخته

Internal Conversion (IC): گذار بدون تابش بین سطوح الکترونی

Vibrational Relaxation: دفع انرژی به صورت ارتعاشی

Predissociation / Dissociation: شکستن پیوندها در حالت برانگیخته

Isomerization Photo-induced: مثل ایزومریزاسیون cis-trans در آلکن ها

۵. فرآیندهای فیزیکی بین‌مولکولی حالت‌های برانگیخته
تعامل حالت برانگیخته با مولکول‌های دیگر:

خاموشی (Quenching): انتقال انرژی یا الکترون

انتقال انرژی (Energy Transfer):

Förster (dipole–dipole)

Dexter (exchange mechanism)

انتقال الکترون: مبنای واکنش‌های فوتوالکترونی

تشکیل کمپلکس‌های برانگیخته (Exciplex, Exciton)

۶. برخی جوانب خواص شیمیایی حالت‌های برانگیخته

افزایش واکنش‌پذیری نسبت به حالت پایه

قطبیت تغییر یافته → واکنش‌پذیری متفاوت

کاهش یا افزایش انرژی فعال‌سازی

توانایی انجام واکنش‌های غیر قابل انجام در حالت پایه

۷. فوتوشیمی آلکن‌ها

مهم‌ترین فرآیندها:

ایزومریزاسیون cis ↔ trans

افزایش به پیوند دوگانه

تشکیل رادیکال‌ها تحت UV

واکنش‌های نوری در آلکن‌ها اغلب از نوع π → π* هستند

۸. فوتوشیمی ترکیبات کربونیل (Carbonyl Photochemistry)

گذارهای n → π* و π → π*

واکنش‌های مهم:

Norrish Type I: جداشدگی α

Norrish Type II: آبستراسیون γ-H → ایجاد انول / کلپس زنجیر

Photoenolization

نقش حالت تریپلت بسیار پررنگ است

۹. بررسی برخی جوانب مکانیسم‌های واکنش فوتوشیمیایی

طرح‌های انرژی حالت‌های الکترونی (Jablonski diagram)

مکانیسم‌هایی مانند:

انتقال الکترون نوری

واکنش‌های افزایشی نوری

شکافت نوری پیوندها

مسیرهای رقابتی تابشی / غیرتابشی

۱۰. فوتوشیمی نیمه‌رسانا

جذب نور → تولید زوج الکترون-حفره

کاربردها:

فوتوکاتالیز (TiO₂)

تجزیه آلاینده‌ها

سلول‌های خورشیدی (PV)

مفاهیم کلیدی:

Band gap

Recombination

Charge separation

۱۱. مقدمه‌ای بر فوتوشیمی اَبَرمولکولی (Supramolecular Photochemistry)

تعامل نور با ساختارهای خود‌آرا (self-assembled)

فرآیندهای مهم:

گیراندازی نوری (Light harvesting)

انتقال انرژی در سیستم‌های چندجزئی

فوتوسوئیچ‌ها و مواد پاسخ‌گو به نور

کاربردها:

نانوماشین‌ها

دارورسانی کنترل‌شده

سنسورهای نوری