Photochemie

Photochemie ist ein Teilgebiet der Chemie, das sich mit chemischen Reaktionen beschäftigt, die durch Licht angeregt werden. Im Gegensatz zur Thermochemie verlaufen viele Photoreaktionen über angeregte Zustände, die durch Photonen aus dem Grundzustand erzeugt werden. Die absorbierten Photonen setzen Elektronen auf höhere Energiestufen, meist Singlet- oder Triplet-Zustände, aus denen Reaktionen entstehen oder Bindungen gebrochen werden. Typische Zwischenprodukte sind Radikale, Ionen oder Reaktionszentren, die neue Verbindungen bilden oder Spaltungen hervorrufen. Die Reaktionskinetik folgt oft anderen Regeln als rein thermische Prozesse und kann durch Wellenlänge, Intensität und Lichtdauer gesteuert werden.

Wichtige Konzepte sind Absorptions- und Wirkungswerte, Quanten- oder Effizienzquotienten (quantum yield), sowie das Konzept des Wirkungs­spektrums. Das Wirkungs­spektrum beschreibt, welche Wellenlängen effektiv Reaktionen initiieren. Actinometrie, zum Beispiel das Ferrioxalat-Verfahren, dient der Bestimmung der Strahlungsstärke, um Photoreaktionen vergleichbar zu machen.

Anwendungsbereiche umfassen die atmosphärische Photochemie (Ozonschicht, Radikalreaktionen), Photosynthese und visuelle Prozesse im Biologischen System, sowie technologische Anwendungen wie photoinitiierte Polymerisation, UV-Aushärtung, Photokatalyse (unter anderem TiO2) zur Abbaubarkeit organischer Schadstoffe und zur Wasserspaltung. In der Mikroelektronik wird Photolithographie genutzt, um fotoreaktive Schichten zu strukturieren.

Historisch entwickelte sich Photochemie im 19. und 20. Jahrhundert aus systematischen Beobachtungen der Lichtwirkung auf chemische Reaktionen. Heute ist das Feld breit diversifiziert und integriert Spektroskopie, Reaktionskinetik und Materialwissenschaften, wobei die Kontrolle von Lichtparametern zentrale Rolle spielt.