Geschichte
Die Verwendung der Photochemie durch den Menschen begann in der späten Bronzezeit um 1500 v. Chr., als kanaanitische Völker die Ostküste des Mittelmeers besiedelten. Sie bereiteten einen purpurroten, schnellen Farbstoff (jetzt 6,6′-Dibromindigotin genannt) aus einer lokalen Molluske unter Verwendung einer photochemischen Reaktion vor, und seine Verwendung wurde später in Dokumenten der Eisenzeit erwähnt, die frühere Zeiten beschrieben, wie die Epen von Homer und der Pentateuch. Eigentlich, Das Wort Kanaan kann „rötlich lila“ bedeuten.“ Dieser Farbstoff, bekannt als Tyrian Purple, wurde später verwendet, um die Mäntel der römischen Cäsaren zu färben.
Im einfachsten photochemischen Prozess können angeregte Zustände Licht in Form von Fluoreszenz oder Phosphoreszenz emittieren. Als der spanische Arzt Nicolás Monardes 1565 ein mexikanisches Holz untersuchte, das die quälenden Schmerzen von Harnsteinen linderte, stellte er einen wässrigen Extrakt (auf Wasserbasis) aus dem Holz her, der bei Sonneneinstrahlung blau glühte. Im Jahr 1853 bemerkte der englische Physiker George Stokes, dass eine Chininlösung, die einem Blitz ausgesetzt war, ein kurzes blaues Leuchten abgab, das er Fluoreszenz nannte. Stokes erkannte, dass Blitze Energie in Form von UV-Licht abgeben. Die Chininmoleküle absorbierten diese Energie und gaben sie dann als weniger energiereiche blaue Strahlung wieder ab. (Tonic Water leuchtet auch blau wegen Chinin, das hinzugefügt wird, um einen bitteren Geschmack zu liefern.Im 16.Jahrhundert erkannte der florentinische Bildhauer Benvenuto Cellini, dass ein Diamant, der dem Sonnenlicht ausgesetzt und dann in den Schatten gestellt wurde, ein blaues Leuchten abgab, das viele Sekunden dauerte. Dieser Prozess wird Phosphoreszenz genannt und unterscheidet sich von Fluoreszenz durch die Dauer seiner Persistenz. Synthetische anorganische Leuchtstoffe wurden 1603 vom Schuster-Alchemisten Vincenzo Cascariolo aus Bologna hergestellt, indem das natürliche Mineral Bariumsulfat mit Holzkohle reduziert wurde, um Bariumsulfid zu synthetisieren. Die Einwirkung von Sonnenlicht führte dazu, dass der Leuchtstoff ein langlebiges gelbes Glühen ausstrahlte, und es wurde genügend beachtet, dass viele nach Bologna reisten, um das Mineral (Bologna-Steine genannt) zu sammeln und ihren eigenen Leuchtstoff herzustellen. Nachfolgende Arbeiten des italienischen Astronomen Niccolò Zucchi aus dem Jahr 1652 zeigten, dass die Phosphoreszenz bei längeren Wellenlängen emittiert wird als zur Anregung des Leuchtstoffs erforderlich; Zum Beispiel folgt die blaue Phosphoreszenz der UV-Anregung in Diamanten. Darüber hinaus zeigte der italienische Physiker Francesco Zanotti 1728, dass die Phosphoreszenz auch dann die gleiche Farbe behält, wenn die Farbe der Anregungsstrahlung zu zunehmender Energie verändert wird. Dieselben Eigenschaften gelten auch für Fluoreszenz.Die moderne Ära der organischen Photochemie begann 1866, als der russische Chemiker Carl Julius von Fritze entdeckte, dass eine konzentrierte Anthracenlösung, die UV-Strahlung ausgesetzt war, als Niederschlag aus der Lösung fallen würde. Diese Ausfällung geschieht, weil sich die Anthracenmoleküle paarweise oder Dimere verbinden, die nicht mehr löslich sind.
Im 19. und frühen 20.Jahrhundert entwickelten Wissenschaftler ein grundlegendes Verständnis der Grundlagen von Fluoreszenz und Phosphoreszenz. Grundlage war die Erkenntnis, dass die Materialien (Farbstoffe und Leuchtstoffe) optische Strahlung absorbieren können müssen (Grotthus-Draper-Gesetz). Der deutsche Chemiker Robert Bunsen und der englische Chemiker Henry Roscoe zeigten 1859, dass die Menge an Fluoreszenz oder Phosphoreszenz durch die Gesamtmenge der absorbierten optischen Strahlung und nicht durch den Energiegehalt (dh die Wellenlänge, Farbe oder Frequenz) der Strahlung bestimmt wurde. Im Jahr 1908 erkannte der deutsche Physiker Johannes Stark, dass die Absorption von Strahlung eine Folge eines Quantenübergangs war, und dies wurde 1912 vom deutschen Physiker Albert Einstein um die Erhaltung der Energie erweitert — die innere Energie, die durch Absorption in das Molekül eingeführt wird, muss gleich der Summe der Energien jedes einzelnen Energiedissipationsprozesses sein. Implizit im vorherigen Satz ist das photochemische Äquivalenzgesetz, auch Stark-Einstein-Gesetz genannt, das besagt, dass ein einzelnes Molekül genau ein Photon Licht absorbieren kann. Die von einer Substanz absorbierte Energiemenge ist das Produkt aus der Anzahl der absorbierten Photonen und der Energie jedes Photons, aber es ist die Strahlungsintensität und die Anzahl der absorbierten Photonen pro Sekunde und nicht ihre Energie, die das Ausmaß der photochemischen Prozesse bestimmen.Die zeitgenössische quantenmechanische Beschreibung der Absorption optischer Strahlung beinhaltet die Förderung eines Elektrons von einem niederenergetischen Orbital zu einem energiereicheren Orbital. Dies ist gleichbedeutend damit, dass das Molekül (oder Atom) von seinem Grundzustand (oder dem niedrigsten Energiezustand) in einen angeregten Zustand (oder einen höheren Energiezustand) befördert wird. Dieses angeregte Molekül hat oft drastisch andere Eigenschaften als das Grundmolekül. Darüber hinaus ist der angeregte Zustand eines Moleküls kurzlebig, da eine Abfolge von Ereignissen es entweder in seinen ursprünglichen Grundzustand zurückversetzt oder eine neue chemische Spezies bildet, die schließlich ihren eigenen Grundzustand erreicht.