Rendiment quàntic

El rendiment quàntic (Φ o φ), també conegut com a rendiment fotoquímic, d'una reacció induïda per la radiació és el número de voltes que es produïx un procés concret per cada fotó absorbit pel sistema. El procés citat és habitualment algun tipo de reacció química.

Definició

El rendiment quàntic es definix tal que

$\varphi =\frac{\text{n}\acute{\mathrm{u}}\text{mero de eventos definidos}}{\text{n}\acute{\mathrm{u}}\text{mero de fotones absorbidos}}$,

per lo que en una reacció fotoquímica,

$\varphi =\frac{\text{n}\acute{\mathrm{u}}\text{mero de mol}\acute{\mathrm{e}}\text{culas descompuestas}}{\text{n}\acute{\mathrm{u}}\text{mero de fotones absorbidos}}$.

Per a una reacció fotoquímica, el rendiment també es pot definir tal que

$\varphi =\left|\frac{\mathrm{d}\xi /\mathrm{d}t}{\mathrm{d}{n}_{\gamma }/\mathrm{d}t}\right|$,

a on el numerador és la velocitat de conversió i el denominador la velocitat d'absorció de fotons.

També pot ser definit per a atres processos, com la fluorescència:

$\Phi =\frac{\text{n}\acute{\mathrm{u}}\text{mero de fotones emitidos}}{\text{n}\acute{\mathrm{u}}\text{mero de fotones absorbidos}}$.

Ací, el rendiment quàntic és l'eficàcia d'emissió d'un fluorocromo donat.

Eixemples

El rendiment quàntic és utilisat en la modelización de la fotosíntesis:

$\Phi =\frac{\mathrm{\mu }\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}\mathrm{C}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}\mathrm{f}\mathrm{i}\mathrm{j}\mathrm{a}\mathrm{d}\mathrm{o}}{\mathrm{\mu }\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}\mathrm{f}\mathrm{o}\mathrm{t}\mathrm{o}\mathrm{n}\mathrm{e}\mathrm{s}\mathrm{a}\mathrm{b}\mathrm{s}\mathrm{o}\mathrm{r}\mathrm{b}\mathrm{i}\mathrm{d}\mathrm{o}\mathrm{s}}$

En un procés de fotodegradación químic, quan una molècula es disocia despuix d'absorbir un quant de llum, el rendiment quàntic és el número de molècules destruïdes dividit pel número de fotons absorbits pel sistema. Ya que no tots els fotons són absorbits de forma efectiva, el rendiment quàntic serà normalment un número menor que 1.

Rendiments quàntics majors que 1 són possibles per a reaccions en cadena induïdes per la llum o una atra radiació, en les que un únic fotó pot provocar una llarga cadena de transformacions. Un eixemple és la reacció de l'hidrogen en el clor, en la que poden aplegar a formar-se 106 molècules de clorur d'hidrogen per cada quant de la llum blava absorbida.

En espectroscòpia òptica, el rendiment quàntic és la provabilitat de que un estat quàntic dau es transforme en algun atre estat quàntic. Per eixemple, la fracció de molècules que, despuix de ser fotoexcitadas, passen de produir una llínea simple en un espectre lluminós a generar triplets.

El rendiment quàntic de fluorescència es definix com la proporció del número de fotons emesos respecte al número de fotons absorbits. Experimentalment, poden calcular-se els rendiments relatius medint la fluorescència d'un fluorocromo de rendiment conegut en els mateixos paràmetros experimentals (llongitut d'ona d'excitació, ample d'obertura, fotomultiplicador, voltage...) que la substància analisada. El rendiment quàntic és llavors calculat com:

$\Phi ={\Phi }_{\mathrm{R}}\times \frac{𝐼𝑛𝑡}{{𝐼𝑛𝑡}_{\mathrm{R}}}\frac{1-10^{-A_{\mathrm{R}}}}{1-10^{-A}}\frac{n^2}{{n_{\mathrm{R}}}^2}$

a on $\Phi$ és el rendiment quàntic, Int és l'àrea baix el pico d'emissió (en una escala de llongitut d'ona), A és l'absorbancia (també denominada «densitat òptica») en la llongitut d'ona d'excitació, i n és l'índex refractivo del dissolvent. El subíndex R denota els valors respectius de la substància de referència.