광화학반응

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광화학반응 {光化學反應}, <빛화학반응>, (photochemical reaction)

광합성 및 새로운 물질을 합성하거나 기질에 변화를 주는 화학반응을 광화학반응이라한다. 열에 의한 화학반응과 마찬가지로 합성·분해·중합·이성질체화(異性質體化) 등 반응이 일어난다. 광화학반응의 경우에는 빛이 반응분자에 대한 활성화에너지를 부여하므로 자유에너지가 증가하는 반응도 일어날 수 있는데, 그 예로 녹색식물에서 일어나는 광합성을 들 수 있다. 광화학반응은 반응 작용원리에 따라 빛을 흡수하는 직접적인 결과로서 일어나는 초기 과정과 이에 뒤따른 후속과정으로 나누어 생각할 수 있다.

초기 과정은 빛을 흡수하여 물질을 구성하는 분자 또는 이온이 높은 에너지를 가진 상태로 변화하는 경우, 직접해리 또는 전기해리에 의해 유리원자 또는 유리기를 생성하는 경우로 나눌 수 있다. 후속 과정은 초기 과정에서 이루어진 활성 상태가 일으키는 반응을 말하는데, 보통의 반응과 비슷하여 대부분의 경우 활성분자·유리원자·유리기 등을 포함하는 일련의 반응이 일어나 연쇄반응을 일으킨다. 또한 빛을 흡수한 분자나 이온이 그 자체는 반응을 하지 않고 다른 분자나 이온에 에너지를 부여함으로써 이들 분자나 이온이 화학반응을 일으키는 경우도 있다. 이러한 반응을 광증감반응(光增感反應)이라고 하고, 그 밖의 반응은 비증감반응이라고 하여 구별하는 경우도 있다.

최근에는 태양 에너지를 활용하여 폐수나 대기, 토양 등을 오염시키고 있는 유독한 유기물질의 산화 분해에 광화학반응을 응용하고 있다. 수용액에 용해되어 있는 대부분의 유기물질들은 스스로는 태양 빛을 흡수하지 못하고 다른 물질의 도움을 필요로 한다. 따라서 태양 빛을 이용하여 수용액 안의 유독성 유기물질을 분해시키려면 태양 빛을 흡수하여 변이 상태를 거쳐 빛에너지에 의한 화학적 반응을 일으키는 데 도움을 주는 보조물이 필요하다. 여기에서 물질들이 참여하는 화학적 반응이 광화학반응이고, 광화학반응을 유발시키는 필수적인 보조역할을 하는 물질을 광촉매라고 한다.

광화학효과의 유형 빛 에너지는 한번 시작되면 그 뒤로는 자발적으로 진행되는 반응을 일으킨다. 예를 들어 수소와 염소 기체의 혼합물은 어둠 속에서는 아무 반응이 없지만, 보라색 빛이나 자외선이 닿기만 하면 폭발적으로 반응한다. 빛은 또 느끼지 못할 정도로 느리게 진행하는 반응을 가속시키기도 한다. 분자의 기하학적 배열을 바꾸는 분자 재배열은 이런 광화학과정 때문에 일어난다. 흡수된 빛은 반응하는 분자를 원래보다 높은 에너지 상태로 만들기도 하며 흡수된 에너지는 위치 에너지로 바뀌어 저장된다. 생물체 안에서 일어나는 대부분의 광화학과정은 이런 형태이다. 빛 에너지는 화학 에너지로 저장되어 나중에 전기 에너지로 방출되기도 하는데, 이 원리를 이용한 것이 태양 전지(電池)이다.

쏘니 09:02, 11 December 2009 (UTC)