Química - procesos químicos

Fotodisociación

La fotodisociación es la disociación de una molécula por los fotones incidentes.

Este proceso ha representado y sigue representando un papel importante en la evolución de las atmósferas planetarias. Una importante parte del oxígeno del aire proviene de las plantas (a través de la fotosíntesis), pero el resto es el resultado de la disociación del vapor de agua atmosférico, cuya molécula H₂O, al ser herida por los fotones de la luz solar, da OH más un H (hidrógeno libre); posteriormente dos OH reconstituyen una molécula de agua H₂O y dejan un átomo de O sobrante.

Los fotones son pequeñas porciones de luz y otros tipos de radiación electromagnética. En algunas ocasiones los fotones separan las moléculas. Cuando esto ocurre, se denomina fotodisociación.

Cuando un fotón choca con una molécula le traspasa energía. Las moléculas tienen enlaces químicos que mantienen los átomos unidos unos a otros en su interior. Si los enlaces químicos se rompen, la molécula se descompone. En ciertas ocasiones, los fotones tienen suficiente energía como para romper los enlaces en una molécula. Un fotón de "luz" ultravioleta (UV) tiene más energía que uno de luz visible. Los fotones ultravioleta pueden causar fotodisociación con mayor facilidad que los fotones de luz visible.

La fotodisociación ocurre mucho en la atmósfera terrestre. En el aire, existen muchas reacciones químicas, y la fotodisociación proporciona energía para muchas de ellas. Por ejemplo, la fotodisociación ayuda a generar el smog. También ayuda a la formación de ozono.

Los procesos que tienen lugar son los siguientes:

proceso de disociación
AB*  ---->  A + B*
proceso de Ionización
AB* ---> ( AB+) + e ^-

Los procesos de fotodisociación son muy importantes en la química atmosférica, cuando la molécula absorbe la energía de un fotón y ésta energía absorbida es suficiente para provocar la ruptura del enlace de dicha molécula (supera la energía umbral del enlace).  La molécula se rompe formándose un fragmento excitado que resulta ser muy reactivo, reaccionando rápidamente con las especies del medio. Estos procesos son frecuentes en la troposfera y estratosfera atmosférica con compuestos como oxígeno y ozono. La radiación, con suficiente energía, puede provocar su ruptura:

Cuando incide radiación de longitud de onda corta,  ,  sobre el oxígeno provoca su disociación:

Proceso de fotodisociación del ozono cuando absorbe radiación de longitud de onda comprendida 175- 310 nm. 

Para comprender éstos procesos hay que tener en cuenta las curvas de energía potencial. Cuando se tiene en cuenta la disociación del oxígeno, es decir su límite de convergencia, se observa que a una longitud de onda de 175 nm, perteneciente a un grupo de orbitales atómicos (3P). Las curvas  de potencial de los estados con la misma multiplicidad que el fundamental se designan mediante letras mayúsculas A, B, C, etc, mientras que las de diferente multiplicidad se especifican mediante letras minúsculas a, b, c, etc. Desde un punto de vista espectroscópico los símbolos correspondientes a los átomos que constituyen las moléculas bajo estudio, contienen  información específica del estado electrónico en el que se encuentran. 

El foto-fenton es un proceso de oxidación avanzada que utiliza la luz UV (luz ultravioleta), para la degradación catalítica de materialquímico presentes en aguas residuales descargadas de diversas industrias. Estos contaminantes químicos son los desechados porindustrias textiles, farmacéuticas y laboratorios químicos.

Foto-Fenton es una TAO fotoquímica utilizada cada vez con más frecuencia ya que ha mostrado ser un proceso muy eficiente, debido a que los ferro-hidroxilos solubles y los complejos orgánicos ácidos de hierro, no sólo absorben la radiación ultravioleta sino parte del espectro visible (Malato et al., 2009).

La tecnología foto-Fenton es usualmente utilizada cuando se requiere una alta reducción de Demanda Química de Oxígeno. En este proceso el reactivo de Fe(ll) se oxida a Fe(lll) descomponiendo el peróxido de hidrógeno para formar radicales hidroxilo (ec. 1), el empleo de la radiación UV-Vis incrementa el poder de oxidación principalmente por la foto-reducción de Fe(lll) a Fe(ll) la cual produce más radicales hidroxilo (ec. 2) y de esta forma se establece un ciclo en el reactivo de Fenton y se producen los radicales hidroxilo para la oxidación de compuestos orgánicos (ec. 3); adicionalmente es posible usar la radiación solar, lo que eliminaría el costo de la radiación UV (Chen et al., 2009; Abbas et al., 2008).

Fe²⁺ + H₂0₂ -> Fe^u + OH• + OH                                                                                            (1)

Fe³⁺+ H₂0 + hv -> Fe²⁺+OH• +H⁺                                                                                       (2)

RH + OH' -> fotoproductos + H₂0                                                                                        (3)

El presente trabajo muestra que las aguas residuales de la producción de biodiesel deben ser sometidas a un tratamiento de destoxificacion debido a su alto contenido de demanda química de oxígeno (DQO), carbono orgánico total (COT) y metanol entre otros componentes; y se muestran los resultados obtenidos al aplicar las tecnologías fotocatálisis heterogénea con Ti0₂ y foto-Fenton para este propósito, alcanzando altas remociones de COT, DQO y metanol en las aguas tratadas.