광분해

광분해(光分解, 영어: photodissociation)는 화합물이 광자에 의해 분해되는 화학 반응을 가리키는 말이다. 광분해는 한 개 이상의 광자가 하나의 분자와 상호작용할 때 정의된다.

광분해는 가시광선에 의해서만 일어나는 것이 아니다. 충분한 에너지를 가진 광자라면 화합물의 결합에 영향을 끼칠 수 있다. 광자의 에너지는 빛의 파장에 반비례하는 고로 가시광선이나 자외선, 엑스선, 그리고 감마선 파장의 전자기파가 광분해를 일으킨다.

광합성과 광분해

광합성의 명반응 중에 광분해가 일어난다. 이때의 반응은 다음과 같다.

H₂A 2 광자 $\longrightarrow$ 2e^- 2H A

생성물 "A"의 화학 구조는 광합성을 하는 생물체의 종류에 따라 다르다. 홍색황세균은 황화 수소(H₂S)를 황(S)으로 산화시킨다. 물(H₂O)이 광분해의 기질로 작용할 경우 산소(O₂)를 내놓게 된다. 이 과정을 통해 지구 대기 중에 산소가 순환하는데, 물의 광분해는 남조류의 틸라코이드나 녹조류와 식물의 엽록체에서 일어난다.

대기 중의 광분해

탄화수소나 질소 산화물 같은 일차적 오염 물질이 질산염 같은 이차적 오염 물질로 전환될 때도 광분해가 일어난다.

대류권에서 일어나는 주요 광분해 현상은 다음의 두 가지가 있다.

O₃ hν → O₂ O(¹D) λ < 320 nm

이 반응으로 생성된 발생기산소가 물과 반응하여 하이드록실라디칼을 만들어낸다.

O(¹D) H₂O → 2OH

세제로도 작용하는 하이드록실라디칼은 탄화수소를 산화시키는 물질로, 대기화학에서 중요하게 다루어진다.

두 번째 반응은 대류권 오존 오염의 핵심 반응으로, 다음과 같다.

NO₂ hν → NO O

O₂ O → O₃

오존층의 형성 역시 광분해로 인한 것이다. 지구의 성층권에 존재하는 오존은 자외선이 산소 분자(O₂)를 두 개의 산소 원자로 분해시키고, 이 산소 원자가 멀쩡한 산소 분자와 결합하여 오존(O₃)이 만들어졌다. 또한 염화불화탄소가 광분해되어 유리기 염소를 생성, 오존층을 파괴한다.

천체물리학

분자가 분해되고 새로운 분자가 생성되는 과정에서도 광분해가 일어난다. 성간 공간에서는 진공 때문에 분자와 유리기가 오랫동안 남아 있을 수 있는데, 광분해는 이 분자들이 분해되는 주요한 요인이다. 항성이 형성되는 성간 구름의 구성 물질을 연구할 때도 광분해율이 중요하게 다루어지고 있다.

성간 물질에서 일어나는 광분해 현상의 예는 다음과 같다( $h\nu$ 는 빛의 과학적 기수법으로, 구체적으로 말하면 광자를 가리킨다).

H_{2}O h\nu \rightarrow H OH

CH_{4} h\nu \rightarrow CH_{3} H

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