Fotolisis adalah sebuah fenomena kimia yang sangat penting, terutama dalam konteks biologi dan industri. Secara sederhana, fotolisis merujuk pada pemecahan atau dekomposisi suatu molekul yang disebabkan oleh energi cahaya. Kata "foto" berasal dari bahasa Yunani yang berarti cahaya, dan "lisis" berarti pemecahan. Ketika sebuah molekul menyerap energi foton cahaya, energi tersebut dapat digunakan untuk memutuskan ikatan kimia di dalam molekul tersebut, menghasilkan fragmen-fragmen yang lebih kecil atau bahkan atom-atom yang terpisah.
Ilustrasi sederhana: Cahaya (foton) datang dan menyebabkan pemecahan molekul.
Reaksi fotolisis dimulai ketika sebuah foton cahaya diserap oleh sebuah molekul. Energi dari foton tersebut harus cukup besar untuk mengatasi energi ikatan yang ada dalam molekul. Setelah penyerapan energi, molekul tersebut menjadi tereksitasi, yang berarti elektron-elektronnya berpindah ke tingkat energi yang lebih tinggi. Keadaan tereksitasi ini bersifat tidak stabil, dan molekul akan cenderung kembali ke keadaan dasarnya. Salah satu cara molekul melepaskan energi berlebih ini adalah dengan memutus ikatan kimia internalnya.
Proses pemecahan ikatan dapat menghasilkan berbagai jenis fragmen. Jika pemecahan terjadi secara simetris, masing-masing fragmen akan mendapatkan separuh elektron dari ikatan yang putus, menghasilkan dua radikal bebas. Radikal bebas adalah spesies kimia yang memiliki elektron yang tidak berpasangan, sehingga sangat reaktif. Contohnya adalah pemecahan molekul diatomik seperti halogen (misalnya, Cl₂).
Jika pemecahan terjadi secara tidak simetris, salah satu fragmen mungkin akan mendapatkan kedua elektron dari ikatan, membentuk ion, sementara fragmen lainnya menjadi radikal atau bahkan netral jika ada atom lain yang bertindak sebagai akseptor. Namun, dalam banyak kasus fotolisis, pembentukan radikal bebas adalah hasil yang paling umum.
Persamaan umum untuk reaksi fotolisis dapat dituliskan sebagai:
Molekul + Cahaya (hν) → Fragmen 1 + Fragmen 2
Di mana 'hν' mewakili energi foton cahaya. Energi foton ini harus lebih besar dari atau sama dengan energi disosiasi ikatan yang terputus.
Salah satu contoh paling terkenal dari fotolisis adalah dalam proses fotosintesis pada tumbuhan. Di dalam kloroplas, air (H₂O) mengalami fotolisis di grana saat terkena cahaya. Reaksi ini sangat krusial karena menghasilkan elektron, proton (H⁺), dan oksigen (O₂).
Persamaan reaksi fotolisis air adalah:
2H₂O + Cahaya → 4H⁺ + 4e⁻ + O₂
Dalam proses ini, cahaya yang diserap oleh pigmen seperti klorofil memberikan energi yang cukup untuk memecah ikatan antara oksigen dan hidrogen dalam molekul air. Elektron yang dilepaskan kemudian digunakan dalam rantai transpor elektron fotosintesis untuk menghasilkan ATP dan NADPH, yang merupakan sumber energi bagi tumbuhan untuk mengubah karbon dioksida menjadi gula. Proton (H⁺) berkontribusi pada gradien elektrokimia yang mendorong sintesis ATP. Sementara itu, oksigen dilepaskan ke atmosfer sebagai produk sampingan. Reaksi ini adalah sumber utama oksigen di Bumi.
Contoh lain yang signifikan adalah fotolisis gas ozon (O₃) di stratosfer. Molekul ozon menyerap radiasi ultraviolet (UV) dari matahari, menyebabkan pemecahannya menjadi molekul oksigen (O₂) dan atom oksigen (O).
O₃ + Cahaya (UV) → O₂ + O
Atom oksigen yang sangat reaktif ini kemudian dapat bereaksi lagi dengan molekul oksigen untuk membentuk kembali ozon, sehingga menciptakan siklus dinamis yang membantu menyerap radiasi UV berbahaya dan melindungi kehidupan di Bumi. Tanpa proses fotolisis ozon ini, sebagian besar radiasi UV berbahaya akan mencapai permukaan Bumi, menyebabkan kerusakan pada DNA dan masalah kesehatan serius lainnya.
Fotolisis memegang peranan fundamental dalam berbagai proses alami dan teknologi.
Memahami bagaimana reaksi fotolisis terjadi memungkinkan kita untuk lebih menghargai kompleksitas alam dan memanfaatkan prinsip-prinsipnya untuk tujuan ilmiah dan teknologi. Energi cahaya, ketika diarahkan dengan tepat, memiliki kekuatan luar biasa untuk memanipulasi materi pada tingkat molekuler.