Photo-oxydation

Définition

La photo-oxydation (photooxydation) est une oxydation qui intervient sous l'effet de l'énergie lumineuse (énergie photonique), lors de production d'oxygène de la photosynthèse oxygénique. La photo-oxydation existe typiquement lors d'une photophosphorylation ou d'un dégazage.

Les photo-oxydations sont des réactions d'oxydation déclenchées par la lumière. La vitesse de réaction de l'oxydation dépend, entre autres paramètres, de manière cruciale de l'absorption de lumière des espèces oxydées.

Le processus de photo-oxydation :

Processus de photo-oxydation avec altération photochimique de la matière organique dissoute dans le cours d'eau par voie directe et indirecte.

Explications générales

Un photon excite un électron d'une molécule et l'élève à un niveau d'énergie supérieur. Dans cet état excité, il y a généralement une faible probabilité qu'un basculement de spin de l'électron ait lieu, c'est-à-dire que la molécule excitée passe à l'état de triplet.

Or, s'il y a de l'oxygène dans le voisinage immédiat (chevauchement des orbitales moléculaires) jusqu'à la molécule, l'énergie peut être transférée, d. h. la molécule passe à l'état fondamental et l'oxygène à l'état excité. Il en résulte un oxygène singulet hautement réactif pouvant subir une réaction d'oxydation avec la molécule.

Puisque l'oxygène possède un état fondamental triplet (ce qui est extrêmement rare), le transfert d'énergie ne fonctionne qu'à partir de l'état triplet de la molécule au moyen du transfert d'énergie Dexter, car seul le maintien de la rotation est donné.

Voir aussi le dégagement d'oxygène, dégazage de l'eau.

✅ La photo-oxydation est la dégradation de la surface d'un polymère, en présence d'oxygène ou d'ozone. L'effet est facilité par l'énergie radiante telle que les rayons UV ou la lumière artificielle. Ce processus est le facteur le plus important dans le climat des polymères. La photo-oxydation est un changement chimique qui réduit le poids moléculaire du polymère. En conséquence de ce changement, le matériau devient plus fragile, avec une réduction de sa résistance à la traction, aux chocs et à l'allongement. La photo-oxydation est accompagnée d'une décoloration et d'une perte de rugosité de surface. Les températures élevées et les concentrations de contraintes localisées sont des facteurs qui augmentent considérablement l'effet de photo-oxydation.

Protection de la photo-oxydation

Le polynaphtalate d'éthylène (PEN) peut être protégé en appliquant un revêtement d'oxyde de zinc, qui agit comme un film protecteur réduisant la diffusion de l'oxygène. L'oxyde de zinc peut également être utilisé dans le polycarbonate (PC) pour réduire l'oxydation et le taux de photo-jaunissement provoqués par le rayonnement solaire.

Les colorants et/ou pigments ont certains effets. L'ajout de pigments absorbant la lumière et d'absorbeurs d'UV (photostabilisants) est un moyen de minimiser la photo-oxydation dans les polymères. Les antioxydants sont utilisés pour inhiber la formation d'hydroperoxydes dans le processus de photooxydation.

Les colorants et les pigments sont utilisés dans les matériaux polymères pour conférer des propriétés de changement de couleur. Ces additifs peuvent réduire le taux de dégradation des polymères. Les colorants à base de phtalocyanine de cuivre peuvent aider à se stabiliser contre la dégradation, mais dans d'autres situations, comme le vieillissement photochimique, ils peuvent effectivement accélérer la dégradation (agissent en tant que catalyseurs). La Cu-phtalocyanine (Cu-Ph) excitée peut soustraire des atomes d'hydrogène des groupes méthyle dans les polymères PC, ce qui augmente la formation de radicaux libres. Ceci agit comme point de départ pour les réactions séquentielles de photooxydation qui conduisent à la dégradation des polymères PC.

La sensibilisation au transfert d'électrons est un mécanisme par lequel les électrons excités soustraient du PC la phtalocyanine de Cu pour former des radicaux anioniques Cu-Ph et des radicaux de cations PC. Ces espèces en présence d'oxygène peuvent provoquer une oxydation du cycle aromatique.

Mécanisme chimique

Les aldéhydes, les cétones et les acides carboxyliques le long ou à l'extrémité des chaînes de polymères sont générés par des espèces oxygénées lors de la photolyse de la photo-oxydation. Le déclenchement des réactions de photooxydation est dû à l'existence de groupes chromophores (chromatophores) dans les macromolécules. La photo-oxydation peut intervenir simultanément à la dégradation thermique et chacun de ces effets peut accélérer l'autre.

Les réactions de photooxydation comprennent la scission de chaînes, la réticulation et les réactions oxydatives secondaires. Les étapes de processus suivantes peuvent être considérées :

1. Première étape : les radicaux libres sont formés par absorption de photons.
2. Étape de propagation de la chaîne : les radicaux libres réagissent avec l'oxygène pour produire un polymère avec un radical peroxyde (PO). Il réagit avec une molécule de polymère pour générer un polymère d'hydroperoxyde (POOH) et un nouveau radical polymère d'alkyle.
3. ramification de chaîne : un polymère avec des radicaux peroxydes (PO) et des radicaux hydroxyle (HO) est formé par photolyse.
4. Étape de terminaison (finalisation) : la réticulation est le résultat de la réaction de différents radicaux libres les uns avec les autres.

Voir aussi les photoantioxydants.

En rapport avec "photo-oxydation"

• bassin d'oxydation

  

  Un bassin d'oxydation qualifie un lac ou plan d'eau artificiel où les déchets sont détruits par des bactéries.

• décarboxylation oxydative

  

  La décarboxylation oxydative est une réaction d'oxydo-réduction au cours de laquelle une substance est oxydée et une molécule de gaz carbonique libérée.

• nombre d'oxydation

  

  En chimie, le nombre d'oxydation est l'état d'oxydation d'un élément dans un composé.

• oxydation

  

  Une oxydation résulte de l'association chimique d'une substance avec de l'oxygène entraînant une perte d'électrons.