Fotochemie

Fotochemie ist das Teilgebiet der Chemie, das sich mit Reaktionen beschäftigt, die durch Licht angeregt werden. Üblicherweise erfolgt die Reaktion nach der Absorption eines Photons durch ein Molekül oder einen Komplex, wodurch ein angeregter Zustand entsteht. In diesem Zustand eröffnen sich Reaktionswege, die unter Dunkelbedingungen unwahrscheinlich sind. Typische Prozesse umfassen Energietransfer, Elektronentransfer, Photodissoziation, Radikalbildung und verschiedene Reaktionsmechanismen wie Norrish-Type-I- und Norrish-Type-II-Reaktionen in Ketonen, Fotocyclisierungen sowie photochemische Elektronentransferreaktionen.

Grundlagen der Fotochemie sind die Lichtabsorption, die Bildung angeregter Zustände (zum Beispiel S1 oder T1), die Quantenwahrscheinlichkeit der Reaktion (Quantenyield) und die Rolle von Photosensibilatoren, die Energie oder Elektronen an Substrate übertragen können. Reaktionspfade können durch Selektivität der Anregungswellenlänge, Lösungsmittel und Temperatur beeinflusst werden. Photochemie überschneidet sich mit der Photophysik, wobei der Fokus auf chemischen Umwandlungen liegt.

Geschichtliches: Erste systematische Beobachtungen der photochemischen Effekte gehen auf das frühe 19. Jahrhundert zurück, etwa Arbeiten von Forschern, die die Wirkungen von UV-Licht auf chemische Verbindungen dokumentierten. Im 20. Jahrhundert entwickelte sich das Fach zu einem eigenständigen Feld mit Anwendungen in Synthese, Materialwissenschaften und Umweltchemie.

Anwendungen der Fotochemie umfassen die lichtinduzierte Polymerisation und Produktion von Polymeren, Photolithografie in der Halbleitertechnik, photochemische Synthesen, Umweltphotochemie (Atmosphäre und Gewässer), sowie moderne Ansätze der Photoredox-Katalyse, bei denen sichtbares Licht als nachhaltige Treibquelle genutzt wird. Wichtige analytische Methoden sind Actinometrie und Quantenyield-Bestimmungen, um Lichtintensität und Reaktionskinetik zu quantifizieren.