英文名稱
光化學反應:Photochemical effect
分類
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反應機理
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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,則屬於輻射化學的範疇。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範疇。近年來觀察到有些化學反應可以由高功率的紅外雷射所引發,但將其歸屬於紅外雷射化學的範疇。
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
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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套用等,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儘可能匹配。
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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併;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,如發射螢光或磷光;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逕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。
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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、輻射禁止和氣候等,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複雜的化學過程,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禁止層變化的關係等,都是以光化學為基礎的。
光切除(Photoablation)
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光輻射治療(Photoradiation therapy)
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能作為光敏劑的物質有很多,大部分都是三雜環化合物。它們都有各自的光譜吸收範圍和螢光發射峰值,並對不同的組織和細胞結構有選擇性的親和力。
光化學輻射治療
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參考文獻
1. 《振腦術偏癱康復》
2.《有機化學》
神奇的“效應”
世間充滿著無窮的奧妙,誘惑著求知慾旺盛的人們去不斷探索揭秘,一些效應每天正在你的身邊悄然發生,也許是實驗室里的一次偶然發現,讓你驚嘆於它們的奇妙。通過本任務的科學介紹,各種各樣奇妙的效應從此不再神秘莫測。 |