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光化学原理

发布时间: 2021-08-02 15:56:24

1. 光化学什么

光化学是研究光与物质相互作用所引起的永久性化学效应的化学分支学科。由于历史的和实验技术方面的原因,光化学所涉及的光的波长范围为100~1000纳米,即由紫外至近红外波段。

比紫外波长更短的电磁辐射,如 X或 γ射线所引起的光电离和有关化学变化,则属于辐射化学的范畴。至于远红外或波长更长的电磁波,一般认为其光子能量不足以引起光化学过程,因此不属于光化学的研究范畴。近年来观察到有些化学反应可以由高功率的红外激光所引发,但将其归属于红外激光化学的范畴。

光化学过程是地球上最普遍、量重要的过程之一,绿色植物的光合作用,动物的视觉,涂料与高分子材料的光致变性,以及照相、光刻、有机化学反应的光催化等,无不与光化学过程有关。近年来得到广泛重视的同位素与相似元素的光致分离、光控功能体系的合成与应用等,更体现了光化学是一个极活跃的领域。但从理论与实验技术方面来看,在化学各领域中,光化学还很不成熟。

光化学反应与一般热化学反应相比有许多不同之处,主要表现在:加热使分子活化时,体系中分子能量的分布服从玻耳兹曼分布;而分子受到光激活时,原则上可以做到选择性激发,体系中分子能量的分布属于非平衡分布。所以光化学反应的途径与产物往往和基态热化学反应不同,只要光的波长适当,能为物质所吸收,即使在很低的温度下,光化学反应仍然可以进行。

光化学的初级过程是分子吸收光子使电子激发,分子由基态提升到激发态。分子中的电子状态、振动与转动状态都是量子化的,即相邻状态间的能量变化是不连续的。因此分子激发时的初始状态与终止状态不同时,所要求的光子能量也是不同的,而且要求二者的能量值尽可能匹配。

由于分子在一般条件下处于能量较低的稳定状态,称作基态。受到光照射后,如果分子能够吸收电磁辐射,就可以提升到能量较高的状态,称作激发态。如果分子可以吸收不同波长的电磁辐射,就可以达到不同的激发态。按其能量的高低,从基态往上依次称做第一激发态、第二激发态等等;而把高于第一激发态的所有激发态统称为高激发态。

激发态分子的寿命一般较短,而且激发态越高,其寿命越短,以致于来不及发生化学反应,所以光化学主要与低激发态有关。激发时分子所吸收的电磁辐射能有两条主要的耗散途径:一是和光化学反应的热效应合并;二是通过光物理过程转变成其他形式的能量。

光物理过程可分为辐射弛豫过程和非辐射弛豫过程。辐射弛豫过程是指将全部或部分多余的能量以辐射能的形式耗散掉,分子回到基态的过程,如发射荧光或磷光;非辐射弛豫过程是指多余的能量全部以热的形式耗散掉,分子回到基态的过程。

决定一个光化学反应的真正途径往往需要建立若干个对应于不同机理的假想模型,找出各模型体系与浓度、光强及其他有关参量间的动力学方程,然后考察何者与实验结果的相符合程度最高,以决定哪一个是最可能的反应途径。

光化学研究反应机理的常用实验方法,除示踪原子标记法外,在光化学中最早采用的猝灭法仍是非常有效的一种方法。这种方法是通过被激发分子所发荧光,被其他分子猝灭的动力学测定来研究光化学反应机理的。它可以用来测定分子处于电子激发态时的酸性、分子双聚化的反应速率和能量的长程传递速率。

由于吸收给定波长的光子往往是分子中某个基团的性质,所以光化学提供了使分子中某特定位置发生反应的最佳手段,对于那些热化学反应缺乏选择性或反应物可能被破坏的体系更为可贵。光化学反应的另一特点是用光子为试剂,一旦被反应物吸收后,不会在体系中留下其他新的杂质,因而可以看成是“最纯”的试剂。如果将反应物固定在固体格子中,光化学合成可以在预期的构象(或构型)下发生,这往往是热化学反应难以做到的。

地球与行星的大气现象,如大气构成、极光、辐射屏蔽和气候等,均和大气的化学组成与对它的辐照情况有关。地球的大气在地表上主要由氮气与氧气组成。但高空处大气的原子与分子组成却很不相同,主要和吸收太阳辐射后的光化学反应有关。

大气污染过程包含着极其丰富而复杂的化学过程,目前用来描述这些过程的综合模型包含着许多光化学过程。如棕色二氧化氮在日照下激发成的高能态分子,是氧与碳氢化物链反应的引发剂。又如氟碳化物在高空大气中的光解与臭氧屏蔽层变化的关系等,都是以光化学为基础的。

2. 什么叫光化学

光化学是研究光与物质相互作用所引起的永久性化学效应的化学分支学科。由于历史的和实验技术方面的原因,光化学所涉及的光的波长范围为100~1000纳米,即由紫外至近红外波段。

比紫外波长更短的电磁辐射,如 X或 γ射线所引起的光电离和有关化学变化,则属于辐射化学的范畴。至于远红外或波长更长的电磁波,一般认为其光子能量不足以引起光化学过程,因此不属于光化学的研究范畴。近年来观察到有些化学反应可以由高功率的红外激光所引发,但将其归属于红外激光化学的范畴。

光化学过程是地球上最普遍、量重要的过程之一,绿色植物的光合作用,动物的视觉,涂料与高分子材料的光致变性,以及照相、光刻、有机化学反应的光催化等,无不与光化学过程有关。近年来得到广泛重视的同位素与相似元素的光致分离、光控功能体系的合成与应用等,更体现了光化学是一个极活跃的领域。但从理论与实验技术方面来看,在化学各领域中,光化学还很不成熟。

光化学反应与一般热化学反应相比有许多不同之处,主要表现在:加热使分子活化时,体系中分子能量的分布服从玻耳兹曼分布;而分子受到光激活时,原则上可以做到选择性激发,体系中分子能量的分布属于非平衡分布。所以光化学反应的途径与产物往往和基态热化学反应不同,只要光的波长适当,能为物质所吸收,即使在很低的温度下,光化学反应仍然可以进行。

光化学的初级过程是分子吸收光子使电子激发,分子由基态提升到激发态。分子中的电子状态、振动与转动状态都是量子化的,即相邻状态间的能量变化是不连续的。因此分子激发时的初始状态与终止状态不同时,所要求的光子能量也是不同的,而且要求二者的能量值尽可能匹配。

由于分子在一般条件下处于能量较低的稳定状态,称作基态。受到光照射后,如果分子能够吸收电磁辐射,就可以提升到能量较高的状态,称作激发态。如果分子可以吸收不同波长的电磁辐射,就可以达到不同的激发态。按其能量的高低,从基态往上依次称做第一激发态、第二激发态等等;而把高于第一激发态的所有激发态统称为高激发态。

激发态分子的寿命一般较短,而且激发态越高,其寿命越短,以致于来不及发生化学反应,所以光化学主要与低激发态有关。激发时分子所吸收的电磁辐射能有两条主要的耗散途径:一是和光化学反应的热效应合并;二是通过光物理过程转变成其他形式的能量。

光物理过程可分为辐射弛豫过程和非辐射弛豫过程。辐射弛豫过程是指将全部或部分多余的能量以辐射能的形式耗散掉,分子回到基态的过程,如发射荧光或磷光;非辐射弛豫过程是指多余的能量全部以热的形式耗散掉,分子回到基态的过程。

决定一个光化学反应的真正途径往往需要建立若干个对应于不同机理的假想模型,找出各模型体系与浓度、光强及其他有关参量间的动力学方程,然后考察何者与实验结果的相符合程度最高,以决定哪一个是最可能的反应途径。

光化学研究反应机理的常用实验方法,除示踪原子标记法外,在光化学中最早采用的猝灭法仍是非常有效的一种方法。这种方法是通过被激发分子所发荧光,被其他分子猝灭的动力学测定来研究光化学反应机理的。它可以用来测定分子处于电子激发态时的酸性、分子双聚化的反应速率和能量的长程传递速率。

由于吸收给定波长的光子往往是分子中某个基团的性质,所以光化学提供了使分子中某特定位置发生反应的最佳手段,对于那些热化学反应缺乏选择性或反应物可能被破坏的体系更为可贵。光化学反应的另一特点是用光子为试剂,一旦被反应物吸收后,不会在体系中留下其他新的杂质,因而可以看成是“最纯”的试剂。如果将反应物固定在固体格子中,光化学合成可以在预期的构象(或构型)下发生,这往往是热化学反应难以做到的。

地球与行星的大气现象,如大气构成、极光、辐射屏蔽和气候等,均和大气的化学组成与对它的辐照情况有关。地球的大气在地表上主要由氮气与氧气组成。但高空处大气的原子与分子组成却很不相同,主要和吸收太阳辐射后的光化学反应有关。

大气污染过程包含着极其丰富而复杂的化学过程,目前用来描述这些过程的综合模型包含着许多光化学过程。如棕色二氧化氮在日照下激发成的高能态分子,是氧与碳氢化物链反应的引发剂。又如氟碳化物在高空大气中的光解与臭氧屏蔽层变化的关系等,都是以光化学为基础的。
参考资料:http://www.ikepu.com/chemistry/chemistry_branch/photochemistry_total.htm

3. 光催化的原理什么

光催化原理是基于光催化剂在光照的条件下具有的氧化还原能力,从而可以达到净化污染版物、物质合成和转权化等目的。

通常情况下,光催化氧化反应以半导体为催化剂,以光为能量,将有机物降解为二氧化碳和水。因此光催化技术作为一种高效、安全的环境友好型环境净化技术,对室内空气质量的改善已得到国际学术界的认可。



(3)光化学原理扩展阅读

光催化有机合成反应的特点如下:

①光是一种非常特殊的生态学上清洁的“试剂”;

②光化学反应条件一般比热化学要温和;

③光化学反应能提供安全的工业生产环境,因为反应基本上在室温或低于室温下进行;

④有机化合物在进行光化学反应时,不需要进行基团保护;

⑤在常规合成中,可通过插入一步光化学反应大大缩短合成路线。 因此,光化学在合成化学中,特别是在天然产物、医药、香料等精细有机合成中具有特别重要的意义。

4. 光化学烟雾的机理是什么其现象有什么特征

空气中NO2的光解是光化学烟雾形成的起始反应。
NO2==NO+O(条件为光照);
O+O2==O3
2NO+O2==2NO2
分析:
2NO2(排放的)=2NO[ 式中有用)]+2O[(2)式中有用)(条件为光照);
2O[(1)式中的O]+2O2(空气中的)=2O3(刺激性气体);
2NO[(1)式中的NO]+O2=2NO2(生成NO2,开始继续反应)。
综合:3O2==2O3(光照,NO2)

5. 光化学烟雾的原理 (用12个方程式说明)

您好!

光化学烟雾的形成及其浓度,除直接决定于汽车排气中污染物的数量和浓度以外,还受太阳辐射强度、气象以及地理等条件的影响。

化学反应过程

形成臭氧的活性有机物和氮氧化物的主要来源是汽车排放的尾气。
通过对光化学烟雾形成的模拟实验,已经初步明确在碳氢化合物和氮氧化物的相互作用方面主要有以下过程:

1、污染空气中NO2的光解是光化学烟雾形成的起始反应。
化学式: NO2==NO+O(条件为光照)
O+O2==O3
2NO+O2==2NO2
分析: 2NO2(排放的)==2NO[(3)式中有用)]+2O[(2)式中有用)](条件为光照)
2O[(1)式中的O]+2O2(空气中的)==2O3(刺激性气体)
2NO[(1)式中的NO]+O2==2NO2(生成NO2,开始继续反应)
综合一下: 3O2==2O3(光照,NO2)

2、碳氢化合物被HO、O等自由基和臭氧氧化,导致醛、酮、醇、酸等产物以及重要的中间产物RO2、HO2、RCO等自由基的生成。

3、过氧自由基引起NO向NO2的转化,并导致O3和PAN等的生成。

光化学反应中生成的臭氧、醛、酮、醇、PAN等统称为光化学氧化剂,以臭氧为代表,所以光化学烟雾污染的标志是臭氧浓度的升高。

希望以上回答能帮助您!

6. 光化学第一第二定律是什么

"只有被反应体系吸收的辐射,才能引发反应。"这是 1 9世纪由格罗塞斯(Grotthus)(1817)和德雷珀(DraPer)(1843)总结出的第一个光化学定律。
1908年~1912年由 Stark 和 Einstein 分别提出光化学第二定律:"每一由光活化的原子或分子,只吸收一个引起它活化的光量子"

7. 什么是光化学反应

所谓光化学反应是指由一个原子、分子、自由基或离子吸收一个光子所引发的化学反应。
光化学反应在环境中主要是受阳光的照射,污染物吸收光子而使该物质分子处于某个电子激发态,而引起与其它物质发生的化学反应。如光化学烟雾形成的起始反应是二氧化氮(NO2)在阳光照射下,吸收紫外线(波长2900~4300A)而分解为一氧化氮(NO)和原子态氧(O,三重态)的光化学反应,由此开始了链反应,导致了臭氧及与其它有机烃化合物的一系列反应而最终生成了光化学烟雾的有毒产物,如过氧乙酰硝酸酯(PAN)等。

8. 光化学定律的相关内容

1818年C.J.D.格罗特斯等人曾提出光化学活化原则:只有被物质吸收的光,才能产生光化学变化。这就是光化学第一定律。因而,不仅应该知道反应的吸收光谱和光源的光谱能量分布,而且也应了解光源与反应物间存在的溶剂、产物和玻璃制品的吸收光谱。 一般,参与光化学反应的物质并没有吸收全部的入射光能。光子的吸收几率关系到入射的光辐射能否改变基态分子的电子分布,以达到特定的激发态。 1908年J.斯塔克和1912年A.爱因斯坦把能量的量子概念应用到分子的光化学反应上,他们提出了量子活化原则—分子的光吸收是单量子(光子)过程,在初始光化学过程中活化一个分子,所以初始过程的量子产额之和应为1。这就是光化学第二定律。 在常规光化学系统中,属低光强照射,被吸收光子数为10~10厘米·秒。由于激发态分子的寿命很短,处于电子激发态的分子也只能有很低的浓度,所以第二光子的吸收几率极小。在高光强照射条件下,例如在闪光光解和某些激光光化学实验中被吸收光子数为10厘米·秒以上,在高光子密度的光化学反应中有时会发生双光子吸收。

9. 光化学烟雾的形成机理是什么

1、污染空气中NO2的光解是光化学烟雾形成的起始反应。

化学式:
NO2==NO+O(条件为光照)
O+O2==O3
2NO+O2==2NO2
分析:
2NO2(排放的)==2NO[(3)式中有用)]+2O[(2)式中有用)](条件为光照)
2O[(1)式中的O]+2O2(空气中的)==2O3(刺激性气体)
2NO[(1)式中的NO]+O2==2NO2(生成NO2,开始继续反应)
综合一下:
3O2==2O3(光照,NO2)

2、碳氢化合物被HO、O等自由基和臭氧氧化,导致醛、酮、醇、酸等产物以及重要的中间产物RO2、HO2、RCO等自由基的生成。
3、过氧自由基引起NO向NO2的转化,并导致O3和PAN等的生成。
光化学反应中生成的臭氧、醛、酮、醇、PAN等统称为光化学氧化剂,以臭氧为代表,所以光化学烟雾污染的标志是臭氧浓度的升高。

10. 光化学柱后衍生器的原理是什么对分析物结构有没有影响

你好,PriboFastKRC光化学柱后衍生器可以取代传统的电化学衍生法,在线对黄曲霉毒素B1、G1进行衍生,不需要任何化学试剂,无需清洗仪器,减少对色谱仪的腐蚀,同时更好的保护操作人员,用于液相色谱荧光法检测黄曲霉毒素,有效提高检测的灵敏度。不会对分析物结构有影响的。
符合15版中国药典,AOAC 2005.08,AOAC2008.02,AOAC Aa 11-05,中国台湾标准(食字0981800370号公告)和欧盟药典2.8.18标准分析方法。
用液相色谱荧光检测法进行测定时先将黄曲霉毒素从相应的基质中提取,经免疫亲和柱(如Pribolab免疫亲和柱)净化后用Pribolab ® KRC进行紫外光照射,黄曲霉毒素B1和G1被羟基化,从而产生稳定可测量的荧光性。其它的黄曲霉毒素(B2,G2,M1,M2)的化学及测量相关特性在此步中不变,然后进行检测即可。
本衍生器还可应用于氨基酸、多肽、烟酸/烟酰胺、维生素及磺胺类药物的分析。
详细产品参数:
1、运行环境:
温度5℃~40℃;相对湿度≤85%;适用电压220V(±10%),50Hz(±2%)
2、技术参数
2.1与HPLC-荧光检测器配套使用在线对黄曲霉毒素B1、G1进行衍生,不需要任何化学试剂
2.2黄曲霉毒素B1、B2、G1、G2的最低检测限低于0.1ppb.
2.3符合15版中国药典,AOAC2005.08, AOCS Aa 11-05和欧盟药典 2.8.18标准分析方法。
3、配置要求
3.1 KRC柱后衍生光化学反应池(还包括10米透明质化线圈,254纳米灯管,抛光反应池架,电源控制器)1套;
3.2塑料漏斗(10个/包)1包
3.3玻璃微纤维滤纸(1.5um,100张/盒)1盒
3.4一次性测试管(250个/包)1包
3.4 Peek 两通(客户自备)
4、技术资料
3.1提供仪器设备的中文安装操作说明书。
3.2提供仪器设备的英文说明书。
3.3 仪器设备须经中国政府批准在中国境内销售,适合中国国家标准,或通用国际标准。
3.4 仪器设备的保修期为一年。在保修期内,供货厂商在接到用户要求对所购仪器设备进行维修时,应在24小时之内给予答复以及后续维修服务。
5、技术特点:
1. 在线对黄曲霉毒素B1、G1进行衍生,重现性好;不需要任何化学衍生试剂,减少了液相系统的清洗工作,延长了其使用寿命。
2.黄曲霉毒素B1、B2、G1、G2的最低检测限在0.1ppb以下。可以同时进样,对黄曲霉毒素B1、B2、G1、G2,M1,M2同时进行检测。
3.安装、操作简单(5分钟即可投入使用),使用寿命长。
4.符合15版中国药典,AOAC2005.08, AOAC 2008.02, AOCS Aa 11-05,中国台湾标准(食字第 0981800370 号公告)和欧盟药典2.8.18标准分析方法。
5.最大流速2ml/min。
6.型号:PriboFast ® KRC, 厂家:新加坡PribolabPte. Ltd.
6、较传统的电化学衍生相比具有如下优点:
1.无需使用化学物质(省钱的同时,也避免操作人员接触有毒化学物质);
2. 增加HPLC仪器的寿命(没有腐蚀性酸流经毛细管);
3. 无需冲洗步骤;
4. 结果与电化学方法(溴衍生)一致。

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