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光化學原理

發布時間: 2021-08-02 15:56:24

1. 光化學什麼

光化學是研究光與物質相互作用所引起的永久性化學效應的化學分支學科。由於歷史的和實驗技術方面的原因,光化學所涉及的光的波長范圍為100~1000納米,即由紫外至近紅外波段。

比紫外波長更短的電磁輻射,如 X或 γ射線所引起的光電離和有關化學變化,則屬於輻射化學的范疇。至於遠紅外或波長更長的電磁波,一般認為其光子能量不足以引起光化學過程,因此不屬於光化學的研究范疇。近年來觀察到有些化學反應可以由高功率的紅外激光所引發,但將其歸屬於紅外激光化學的范疇。

光化學過程是地球上最普遍、量重要的過程之一,綠色植物的光合作用,動物的視覺,塗料與高分子材料的光致變性,以及照相、光刻、有機化學反應的光催化等,無不與光化學過程有關。近年來得到廣泛重視的同位素與相似元素的光致分離、光控功能體系的合成與應用等,更體現了光化學是一個極活躍的領域。但從理論與實驗技術方面來看,在化學各領域中,光化學還很不成熟。

光化學反應與一般熱化學反應相比有許多不同之處,主要表現在:加熱使分子活化時,體系中分子能量的分布服從玻耳茲曼分布;而分子受到光激活時,原則上可以做到選擇性激發,體系中分子能量的分布屬於非平衡分布。所以光化學反應的途徑與產物往往和基態熱化學反應不同,只要光的波長適當,能為物質所吸收,即使在很低的溫度下,光化學反應仍然可以進行。

光化學的初級過程是分子吸收光子使電子激發,分子由基態提升到激發態。分子中的電子狀態、振動與轉動狀態都是量子化的,即相鄰狀態間的能量變化是不連續的。因此分子激發時的初始狀態與終止狀態不同時,所要求的光子能量也是不同的,而且要求二者的能量值盡可能匹配。

由於分子在一般條件下處於能量較低的穩定狀態,稱作基態。受到光照射後,如果分子能夠吸收電磁輻射,就可以提升到能量較高的狀態,稱作激發態。如果分子可以吸收不同波長的電磁輻射,就可以達到不同的激發態。按其能量的高低,從基態往上依次稱做第一激發態、第二激發態等等;而把高於第一激發態的所有激發態統稱為高激發態。

激發態分子的壽命一般較短,而且激發態越高,其壽命越短,以致於來不及發生化學反應,所以光化學主要與低激發態有關。激發時分子所吸收的電磁輻射能有兩條主要的耗散途徑:一是和光化學反應的熱效應合並;二是通過光物理過程轉變成其他形式的能量。

光物理過程可分為輻射弛豫過程和非輻射弛豫過程。輻射弛豫過程是指將全部或部分多餘的能量以輻射能的形式耗散掉,分子回到基態的過程,如發射熒光或磷光;非輻射弛豫過程是指多餘的能量全部以熱的形式耗散掉,分子回到基態的過程。

決定一個光化學反應的真正途徑往往需要建立若干個對應於不同機理的假想模型,找出各模型體系與濃度、光強及其他有關參量間的動力學方程,然後考察何者與實驗結果的相符合程度最高,以決定哪一個是最可能的反應途徑。

光化學研究反應機理的常用實驗方法,除示蹤原子標記法外,在光化學中最早採用的猝滅法仍是非常有效的一種方法。這種方法是通過被激發分子所發熒光,被其他分子猝滅的動力學測定來研究光化學反應機理的。它可以用來測定分子處於電子激發態時的酸性、分子雙聚化的反應速率和能量的長程傳遞速率。

由於吸收給定波長的光子往往是分子中某個基團的性質,所以光化學提供了使分子中某特定位置發生反應的最佳手段,對於那些熱化學反應缺乏選擇性或反應物可能被破壞的體系更為可貴。光化學反應的另一特點是用光子為試劑,一旦被反應物吸收後,不會在體系中留下其他新的雜質,因而可以看成是「最純」的試劑。如果將反應物固定在固體格子中,光化學合成可以在預期的構象(或構型)下發生,這往往是熱化學反應難以做到的。

地球與行星的大氣現象,如大氣構成、極光、輻射屏蔽和氣候等,均和大氣的化學組成與對它的輻照情況有關。地球的大氣在地表上主要由氮氣與氧氣組成。但高空處大氣的原子與分子組成卻很不相同,主要和吸收太陽輻射後的光化學反應有關。

大氣污染過程包含著極其豐富而復雜的化學過程,目前用來描述這些過程的綜合模型包含著許多光化學過程。如棕色二氧化氮在日照下激發成的高能態分子,是氧與碳氫化物鏈反應的引發劑。又如氟碳化物在高空大氣中的光解與臭氧屏蔽層變化的關系等,都是以光化學為基礎的。

2. 什麼叫光化學

光化學是研究光與物質相互作用所引起的永久性化學效應的化學分支學科。由於歷史的和實驗技術方面的原因,光化學所涉及的光的波長范圍為100~1000納米,即由紫外至近紅外波段。

比紫外波長更短的電磁輻射,如 X或 γ射線所引起的光電離和有關化學變化,則屬於輻射化學的范疇。至於遠紅外或波長更長的電磁波,一般認為其光子能量不足以引起光化學過程,因此不屬於光化學的研究范疇。近年來觀察到有些化學反應可以由高功率的紅外激光所引發,但將其歸屬於紅外激光化學的范疇。

光化學過程是地球上最普遍、量重要的過程之一,綠色植物的光合作用,動物的視覺,塗料與高分子材料的光致變性,以及照相、光刻、有機化學反應的光催化等,無不與光化學過程有關。近年來得到廣泛重視的同位素與相似元素的光致分離、光控功能體系的合成與應用等,更體現了光化學是一個極活躍的領域。但從理論與實驗技術方面來看,在化學各領域中,光化學還很不成熟。

光化學反應與一般熱化學反應相比有許多不同之處,主要表現在:加熱使分子活化時,體系中分子能量的分布服從玻耳茲曼分布;而分子受到光激活時,原則上可以做到選擇性激發,體系中分子能量的分布屬於非平衡分布。所以光化學反應的途徑與產物往往和基態熱化學反應不同,只要光的波長適當,能為物質所吸收,即使在很低的溫度下,光化學反應仍然可以進行。

光化學的初級過程是分子吸收光子使電子激發,分子由基態提升到激發態。分子中的電子狀態、振動與轉動狀態都是量子化的,即相鄰狀態間的能量變化是不連續的。因此分子激發時的初始狀態與終止狀態不同時,所要求的光子能量也是不同的,而且要求二者的能量值盡可能匹配。

由於分子在一般條件下處於能量較低的穩定狀態,稱作基態。受到光照射後,如果分子能夠吸收電磁輻射,就可以提升到能量較高的狀態,稱作激發態。如果分子可以吸收不同波長的電磁輻射,就可以達到不同的激發態。按其能量的高低,從基態往上依次稱做第一激發態、第二激發態等等;而把高於第一激發態的所有激發態統稱為高激發態。

激發態分子的壽命一般較短,而且激發態越高,其壽命越短,以致於來不及發生化學反應,所以光化學主要與低激發態有關。激發時分子所吸收的電磁輻射能有兩條主要的耗散途徑:一是和光化學反應的熱效應合並;二是通過光物理過程轉變成其他形式的能量。

光物理過程可分為輻射弛豫過程和非輻射弛豫過程。輻射弛豫過程是指將全部或部分多餘的能量以輻射能的形式耗散掉,分子回到基態的過程,如發射熒光或磷光;非輻射弛豫過程是指多餘的能量全部以熱的形式耗散掉,分子回到基態的過程。

決定一個光化學反應的真正途徑往往需要建立若干個對應於不同機理的假想模型,找出各模型體系與濃度、光強及其他有關參量間的動力學方程,然後考察何者與實驗結果的相符合程度最高,以決定哪一個是最可能的反應途徑。

光化學研究反應機理的常用實驗方法,除示蹤原子標記法外,在光化學中最早採用的猝滅法仍是非常有效的一種方法。這種方法是通過被激發分子所發熒光,被其他分子猝滅的動力學測定來研究光化學反應機理的。它可以用來測定分子處於電子激發態時的酸性、分子雙聚化的反應速率和能量的長程傳遞速率。

由於吸收給定波長的光子往往是分子中某個基團的性質,所以光化學提供了使分子中某特定位置發生反應的最佳手段,對於那些熱化學反應缺乏選擇性或反應物可能被破壞的體系更為可貴。光化學反應的另一特點是用光子為試劑,一旦被反應物吸收後,不會在體系中留下其他新的雜質,因而可以看成是「最純」的試劑。如果將反應物固定在固體格子中,光化學合成可以在預期的構象(或構型)下發生,這往往是熱化學反應難以做到的。

地球與行星的大氣現象,如大氣構成、極光、輻射屏蔽和氣候等,均和大氣的化學組成與對它的輻照情況有關。地球的大氣在地表上主要由氮氣與氧氣組成。但高空處大氣的原子與分子組成卻很不相同,主要和吸收太陽輻射後的光化學反應有關。

大氣污染過程包含著極其豐富而復雜的化學過程,目前用來描述這些過程的綜合模型包含著許多光化學過程。如棕色二氧化氮在日照下激發成的高能態分子,是氧與碳氫化物鏈反應的引發劑。又如氟碳化物在高空大氣中的光解與臭氧屏蔽層變化的關系等,都是以光化學為基礎的。
參考資料:http://www.ikepu.com/chemistry/chemistry_branch/photochemistry_total.htm

3. 光催化的原理什麼

光催化原理是基於光催化劑在光照的條件下具有的氧化還原能力,從而可以達到凈化污染版物、物質合成和轉權化等目的。

通常情況下,光催化氧化反應以半導體為催化劑,以光為能量,將有機物降解為二氧化碳和水。因此光催化技術作為一種高效、安全的環境友好型環境凈化技術,對室內空氣質量的改善已得到國際學術界的認可。



(3)光化學原理擴展閱讀

光催化有機合成反應的特點如下:

①光是一種非常特殊的生態學上清潔的「試劑」;

②光化學反應條件一般比熱化學要溫和;

③光化學反應能提供安全的工業生產環境,因為反應基本上在室溫或低於室溫下進行;

④有機化合物在進行光化學反應時,不需要進行基團保護;

⑤在常規合成中,可通過插入一步光化學反應大大縮短合成路線。 因此,光化學在合成化學中,特別是在天然產物、醫葯、香料等精細有機合成中具有特別重要的意義。

4. 光化學煙霧的機理是什麼其現象有什麼特徵

空氣中NO2的光解是光化學煙霧形成的起始反應。
NO2==NO+O(條件為光照);
O+O2==O3
2NO+O2==2NO2
分析:
2NO2(排放的)=2NO[ 式中有用)]+2O[(2)式中有用)(條件為光照);
2O[(1)式中的O]+2O2(空氣中的)=2O3(刺激性氣體);
2NO[(1)式中的NO]+O2=2NO2(生成NO2,開始繼續反應)。
綜合:3O2==2O3(光照,NO2)

5. 光化學煙霧的原理 (用12個方程式說明)

您好!

光化學煙霧的形成及其濃度,除直接決定於汽車排氣中污染物的數量和濃度以外,還受太陽輻射強度、氣象以及地理等條件的影響。

化學反應過程

形成臭氧的活性有機物和氮氧化物的主要來源是汽車排放的尾氣。
通過對光化學煙霧形成的模擬實驗,已經初步明確在碳氫化合物和氮氧化物的相互作用方面主要有以下過程:

1、污染空氣中NO2的光解是光化學煙霧形成的起始反應。
化學式: NO2==NO+O(條件為光照)
O+O2==O3
2NO+O2==2NO2
分析: 2NO2(排放的)==2NO[(3)式中有用)]+2O[(2)式中有用)](條件為光照)
2O[(1)式中的O]+2O2(空氣中的)==2O3(刺激性氣體)
2NO[(1)式中的NO]+O2==2NO2(生成NO2,開始繼續反應)
綜合一下: 3O2==2O3(光照,NO2)

2、碳氫化合物被HO、O等自由基和臭氧氧化,導致醛、酮、醇、酸等產物以及重要的中間產物RO2、HO2、RCO等自由基的生成。

3、過氧自由基引起NO向NO2的轉化,並導致O3和PAN等的生成。

光化學反應中生成的臭氧、醛、酮、醇、PAN等統稱為光化學氧化劑,以臭氧為代表,所以光化學煙霧污染的標志是臭氧濃度的升高。

希望以上回答能幫助您!

6. 光化學第一第二定律是什麼

"只有被反應體系吸收的輻射,才能引發反應。"這是 1 9世紀由格羅塞斯(Grotthus)(1817)和德雷珀(DraPer)(1843)總結出的第一個光化學定律。
1908年~1912年由 Stark 和 Einstein 分別提出光化學第二定律:"每一由光活化的原子或分子,只吸收一個引起它活化的光量子"

7. 什麼是光化學反應

所謂光化學反應是指由一個原子、分子、自由基或離子吸收一個光子所引發的化學反應。
光化學反應在環境中主要是受陽光的照射,污染物吸收光子而使該物質分子處於某個電子激發態,而引起與其它物質發生的化學反應。如光化學煙霧形成的起始反應是二氧化氮(NO2)在陽光照射下,吸收紫外線(波長2900~4300A)而分解為一氧化氮(NO)和原子態氧(O,三重態)的光化學反應,由此開始了鏈反應,導致了臭氧及與其它有機烴化合物的一系列反應而最終生成了光化學煙霧的有毒產物,如過氧乙醯硝酸酯(PAN)等。

8. 光化學定律的相關內容

1818年C.J.D.格羅特斯等人曾提出光化學活化原則:只有被物質吸收的光,才能產生光化學變化。這就是光化學第一定律。因而,不僅應該知道反應的吸收光譜和光源的光譜能量分布,而且也應了解光源與反應物間存在的溶劑、產物和玻璃製品的吸收光譜。 一般,參與光化學反應的物質並沒有吸收全部的入射光能。光子的吸收幾率關繫到入射的光輻射能否改變基態分子的電子分布,以達到特定的激發態。 1908年J.斯塔克和1912年A.愛因斯坦把能量的量子概念應用到分子的光化學反應上,他們提出了量子活化原則—分子的光吸收是單量子(光子)過程,在初始光化學過程中活化一個分子,所以初始過程的量子產額之和應為1。這就是光化學第二定律。 在常規光化學系統中,屬低光強照射,被吸收光子數為10~10厘米·秒。由於激發態分子的壽命很短,處於電子激發態的分子也只能有很低的濃度,所以第二光子的吸收幾率極小。在高光強照射條件下,例如在閃光光解和某些激光光化學實驗中被吸收光子數為10厘米·秒以上,在高光子密度的光化學反應中有時會發生雙光子吸收。

9. 光化學煙霧的形成機理是什麼

1、污染空氣中NO2的光解是光化學煙霧形成的起始反應。

化學式:
NO2==NO+O(條件為光照)
O+O2==O3
2NO+O2==2NO2
分析:
2NO2(排放的)==2NO[(3)式中有用)]+2O[(2)式中有用)](條件為光照)
2O[(1)式中的O]+2O2(空氣中的)==2O3(刺激性氣體)
2NO[(1)式中的NO]+O2==2NO2(生成NO2,開始繼續反應)
綜合一下:
3O2==2O3(光照,NO2)

2、碳氫化合物被HO、O等自由基和臭氧氧化,導致醛、酮、醇、酸等產物以及重要的中間產物RO2、HO2、RCO等自由基的生成。
3、過氧自由基引起NO向NO2的轉化,並導致O3和PAN等的生成。
光化學反應中生成的臭氧、醛、酮、醇、PAN等統稱為光化學氧化劑,以臭氧為代表,所以光化學煙霧污染的標志是臭氧濃度的升高。

10. 光化學柱後衍生器的原理是什麼對分析物結構有沒有影響

你好,PriboFastKRC光化學柱後衍生器可以取代傳統的電化學衍生法,在線對黃麴黴毒素B1、G1進行衍生,不需要任何化學試劑,無需清洗儀器,減少對色譜儀的腐蝕,同時更好的保護操作人員,用於液相色譜熒光法檢測黃麴黴毒素,有效提高檢測的靈敏度。不會對分析物結構有影響的。
符合15版中國葯典,AOAC 2005.08,AOAC2008.02,AOAC Aa 11-05,中國台灣標准(食字0981800370號公告)和歐盟葯典2.8.18標准分析方法。
用液相色譜熒光檢測法進行測定時先將黃麴黴毒素從相應的基質中提取,經免疫親和柱(如Pribolab免疫親和柱)凈化後用Pribolab ® KRC進行紫外光照射,黃麴黴毒素B1和G1被羥基化,從而產生穩定可測量的熒光性。其它的黃麴黴毒素(B2,G2,M1,M2)的化學及測量相關特性在此步中不變,然後進行檢測即可。
本衍生器還可應用於氨基酸、多肽、煙酸/煙醯胺、維生素及磺胺類葯物的分析。
詳細產品參數:
1、運行環境:
溫度5℃~40℃;相對濕度≤85%;適用電壓220V(±10%),50Hz(±2%)
2、技術參數
2.1與HPLC-熒光檢測器配套使用在線對黃麴黴毒素B1、G1進行衍生,不需要任何化學試劑
2.2黃麴黴毒素B1、B2、G1、G2的最低檢測限低於0.1ppb.
2.3符合15版中國葯典,AOAC2005.08, AOCS Aa 11-05和歐盟葯典 2.8.18標准分析方法。
3、配置要求
3.1 KRC柱後衍生光化學反應池(還包括10米透明質化線圈,254納米燈管,拋光反應池架,電源控制器)1套;
3.2塑料漏斗(10個/包)1包
3.3玻璃微纖維濾紙(1.5um,100張/盒)1盒
3.4一次性測試管(250個/包)1包
3.4 Peek 兩通(客戶自備)
4、技術資料
3.1提供儀器設備的中文安裝操作說明書。
3.2提供儀器設備的英文說明書。
3.3 儀器設備須經中國政府批准在中國境內銷售,適合中國國家標准,或通用國際標准。
3.4 儀器設備的保修期為一年。在保修期內,供貨廠商在接到用戶要求對所購儀器設備進行維修時,應在24小時之內給予答復以及後續維修服務。
5、技術特點:
1. 在線對黃麴黴毒素B1、G1進行衍生,重現性好;不需要任何化學衍生試劑,減少了液相系統的清洗工作,延長了其使用壽命。
2.黃麴黴毒素B1、B2、G1、G2的最低檢測限在0.1ppb以下。可以同時進樣,對黃麴黴毒素B1、B2、G1、G2,M1,M2同時進行檢測。
3.安裝、操作簡單(5分鍾即可投入使用),使用壽命長。
4.符合15版中國葯典,AOAC2005.08, AOAC 2008.02, AOCS Aa 11-05,中國台灣標准(食字第 0981800370 號公告)和歐盟葯典2.8.18標准分析方法。
5.最大流速2ml/min。
6.型號:PriboFast ® KRC, 廠家:新加坡PribolabPte. Ltd.
6、較傳統的電化學衍生相比具有如下優點:
1.無需使用化學物質(省錢的同時,也避免操作人員接觸有毒化學物質);
2. 增加HPLC儀器的壽命(沒有腐蝕性酸流經毛細管);
3. 無需沖洗步驟;
4. 結果與電化學方法(溴衍生)一致。

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