광분해
[ photolysis , 光分解 ]
- 요약
빛에 의해 일어나는 물질의 분해반응으로 보통은 공유결합을 이루는 분자의 결합이 분해되는 것을 말한다.
공유결합을 이루는 분자들은 결합을 형성하기 위해서 에너지를 방출하고, 분자들 간 결합을 끊기 위해서는 에너지가 필요하다. 화학에서는 이러한 에너지를 결합에너지라고 부르며, 드물게는 분자를 해리하는 데 필요한 에너지라고 하여 분리에너지 혹은 해리에너지라고도 부른다. 분자를 해리시키는 에너지는 빛의 파장으로 에너지를 표현할 수 있으며, 이때 특정 파장 이상의 빛을 쪼여 공유결합을 끊을 수 있다.
산소분자의 경우 O2 + 에너지 → O + O 로 분해하기 위해서 필요한 에너지는 498kJ/mol로 이 에너지는 파장으로 242.3nm에 해당되며 이보다 짧은 파장의 자외선에 의해 산소분자는 산소원자로 분해될 수 있다.
물질이 분해될 때 1차 생성물이 다시 빛 또는 다른 반응의 촉매제로서 연속적으로 변화하는 경우도 있다. 기체 상태에서는 아세트알데하이드, 아세톤의 증기분해 외에 유기금속화합물의 증기가 광분해하여 금속이 석출되는 현상이 있다. 또 빛을 흡수한 분자의 분해 이외에도 분자가 화학변화를 일으키는 경우도 넓은 뜻으로 광분해라고 하기도 한다.
광호변성(光互變性)유리
광호변성물질이란 빛에 노출되면 반응을 일으키는 물질로 광호변성유리는 질산은, 질산구리(Ⅰ)와 할로젠화금속을 붕규산유리와 섞고 1200℃로 가열하여 용융시켜 만든다. 이 유리는 밝은 대낮에 햇빛의 존재하에 Ag+를 금속은으로 환원시켜 순식간에 검게 보이게 하고 저녁 때가 되면 생성된 Cu2+가 금속은을 산화시켜 유리를 투명하게 만든다.
빛
Ag+(s) + Cu+(s) → Ag(s) + Cu2+(s)
이를 이용하여 선그라스, 자동차의 선루프, 건물벽 등에 이용하면 태양과 조명의 강도에 따라 카멜레온처럼 색을 바꾸는 유리로 만들 수 있다. 박물관이나 고가의 미술품에 이 유리로 코팅을 하면 사진 촬영 시 터지는 플래시 불빛으로 인한 손상도 막을 수 있다.
사진 감광제
브로민화은의 미세결정과 소량의 아이오딘화은의 혼합물로 이루어진 흑백 사진 필름의 현탁액이 빛에 노출되면, 빛이 닿는 곳에 있는 브로민 이온에서 전자가 나와 은 이온을 환원시키는 작업이다.
빛
Ag+(s) + Br-(s) → Ag(s) + Br(s)
오존층과 광분해
성층권의 오존층은 태양으로부터 오는 강한 자외선이 지상에 도달하기 못하도록 흡수하여 생태계를 보호하는 역할을 한다. 이러한 오존층을 파괴하는 물질로 대표적인 것이 냉장고나 에어컨의 냉매, 스프레이 원료로 쓰이는 염화플루오린화탄소(chlorofluorocarbon, CFC)라는 물질이다. 이 물질은 화학적으로 안정하여 쉽게 분해되지 않고 성층권까지 올라간다. 성층권에 도달한 CFC는 강한 자외선을 받아 분해되면서 염소원자를 생성하게 되고, 이 염소원자는 성층권에 있는 오존을 산소로 분해시키는 촉매가 되어 많은 수의 오존을 파괴할 수 있다. 이러한 문제로 세계 각국에서는 CFC의 사용을 규제하고 있으며, 환경 문제를 야기하지 않는 대체 물질의 개발을 위한 연구가 활발하게 진행되고 있다.