Фотохимические реакции представляют собой широкий класс процессов, инициируемых поглощением электромагнитного излучения веществом. Классификация таких реакций основывается на ряде критериев: по типу первичного фотофизического процесса, по характеру изменения молекулы, по механизму превращений и по конечному результату взаимодействия. Разделение необходимо для систематизации разнообразных фотохимических явлений, их изучения и предсказания поведения веществ в условиях освещения.
Фотоионизационные реакции Возникают при отрыве электрона от молекулы или атома под действием света. Образуются катионы и свободные электроны либо ион-радикалы. Эти процессы лежат в основе фотопроводимости и фотоэффекта в конденсированных средах.
Фотодиссоциационные реакции Характеризуются разрывом химических связей в молекуле после поглощения кванта света. Результатом является образование радикалов или атомов. Примером является распад хлора Cl₂ на два радикала Cl· под действием ультрафиолетового излучения.
Фотоизомеризационные реакции Поглощение света вызывает перестройку пространственного или структурного расположения атомов в молекуле без разрушения связей. Типичный пример – переход цис-изомера в транс-изомер.
Фотосенсибилизированные реакции Протекают при участии сенсибилизатора – вещества, которое поглощает свет и передает энергию другой молекуле. Такой механизм характерен для фотосинтеза и процессов фотополимеризации.
Первичные фотохимические реакции Непосредственные процессы, происходящие сразу после поглощения фотона. К ним относятся возбуждение молекулы, переход в синглетное или триплетное состояние, а также первичные акты диссоциации или ионизации.
Вторичные фотохимические реакции Реакции, инициируемые продуктами первичных актов. Это цепные процессы, в которых радикалы или ион-радикалы вступают в химические взаимодействия, образуя более стабильные соединения.
Радикальные реакции Основаны на образовании и взаимодействии свободных радикалов. Эти процессы имеют цепной характер и широко распространены, например, в фотохимии галогенов.
Ион-радикальные реакции Включают стадии переноса заряда, характерные для органических красителей, полупроводников и биологических систем.
Энергетический перенос Реакции, протекающие без изменения химической природы сенсибилизатора, но с передачей энергии возбуждения на другую молекулу.
Перенос электронов Фотохимические реакции, в которых ключевым этапом является электронный обмен между донором и акцептором, инициируемый световым возбуждением.
Фотосинтетические процессы Приводят к накоплению энергии в химически связанной форме. Примером является образование глюкозы в фотосинтезе.
Фоторазрушительные процессы Обусловлены деградацией молекул под действием света, что проявляется в фотостарении органических материалов, обесцвечивании красителей, разрушении полимеров.
Фотополимеризационные реакции Запускаются при освещении и ведут к образованию макромолекул. Эти процессы широко применяются в технологиях получения пластмасс и фотополимерных покрытий.
Фотокаталитические процессы Протекают при участии фотокатализатора, ускоряющего реакцию под действием света. Особое значение имеют в области очистки воды и воздуха, а также в разработке солнечных топливных элементов.
Ультрафиолетовые фотохимические реакции Характерны для диапазона 200–400 нм. Обладают высокой энергией и часто приводят к разрушению химических связей.
Видимые фотохимические реакции Протекают при более мягком воздействии (400–700 нм). Важны для биологических систем, например, зрительного процесса и фотосинтеза.
Инфракрасные фотохимические реакции Реализуются при облучении длинноволновым светом. В основном связаны с возбуждением колебательных состояний и косвенной активацией химических превращений.
Газофазные фотохимические реакции Отличаются простотой кинетики и отсутствием влияния растворителя. Классическим примером является фотохимическое образование озона.
Жидкофазные фотохимические реакции Характеризуются важной ролью растворителя, который может участвовать в переносе энергии и влиять на селективность.
Твердофазные фотохимические реакции Включают процессы в кристаллах, полимерах, твёрдых фотополупроводниках. Отличаются высокой локализованностью и применяются в фотолитографии.