光化學(xué)的基本原理與應用范圍

　　光化學(xué)是研究光與物質(zhì)相互作用所引起的長(cháng)久性化學(xué)效應的化學(xué)分支學(xué)科。以下是對光化學(xué)基本原理與應用范圍的詳細闡述：

　　一、基本原理

　　1.定義：

　　C.H.Wells認為，光化學(xué)研究的是“吸收了紫外光或可見(jiàn)光的分子所經(jīng)歷的化學(xué)行為和物理過(guò)程”。

　　N.J.Turro則認為“光化學(xué)研究的是電子激發(fā)態(tài)分子的化學(xué)行為和物理過(guò)程”。

　　由于電子激發(fā)態(tài)通常由分子吸收紫外光或可見(jiàn)光形成，所以上述兩種定義的實(shí)質(zhì)是一樣的。

　　2.光化學(xué)過(guò)程：

　　物質(zhì)在可見(jiàn)光或紫外線(xiàn)的照射下，分子吸收光子使電子激發(fā)，由基態(tài)提升到激發(fā)態(tài)，從而引發(fā)化學(xué)反應。

　　光化學(xué)過(guò)程可分為初級過(guò)程和次級過(guò)程。初級過(guò)程是分子吸收光子使電子激發(fā)，分子由基態(tài)提升到激發(fā)態(tài)，激發(fā)態(tài)分子的壽命一般較短。光化學(xué)主要與低激發(fā)態(tài)有關(guān)，激發(fā)態(tài)分子可能發(fā)生解離或與相鄰的分子反應，也可能過(guò)渡到一個(gè)新的激發(fā)態(tài)上去，這些都屬于初級過(guò)程，其后發(fā)生的任何過(guò)程均稱(chēng)為次級過(guò)程。

　　分子處于激發(fā)態(tài)時(shí)，由于電子激發(fā)可引起分子中價(jià)鍵結合方式的改變，使得激發(fā)態(tài)分子的幾何構型、酸度、顏色、反應活性或反應機理可能和基態(tài)時(shí)有很大的差別，因此光化學(xué)反應比熱化學(xué)反應更加豐富多彩。

　　3.重要定律：

　　光化活性原理（光化第一定律）：僅被物質(zhì)吸收的光才能引起光化反應。該定律在生物的光化反應上也是成立的，如視覺(jué)中暗適應周?chē)曈X(jué)的相對光譜亮度曲線(xiàn)與視紫紅質(zhì)的吸收波譜相一致，光合作用波譜與葉綠素之類(lèi)的吸收波譜甚相對應等。

　　Einstein光化當量定律：在初級光化學(xué)反應過(guò)程中，被活化的分子數（或原子數）等于吸收光的量子數，或者說(shuō)分子對光的吸收是單光子過(guò)程（電子激發(fā)態(tài)分子壽命很短，吸收第二個(gè)分子的幾率很?。?，即光化學(xué)反應的初級過(guò)程是由分子吸收光子開(kāi)始的。
 

　　二、應用范圍

　　1.合成化學(xué)：光化學(xué)反應已經(jīng)廣泛用于合成化學(xué)，由于吸收給定波長(cháng)的光子往往是分子中某個(gè)基團的性質(zhì)，所以該反應提供了使分子中某特定位置發(fā)生反應的最佳手段，對于那些熱化學(xué)反應缺乏選擇性或反應物可能被破壞的體系，該反應更為可貴。

　　2.環(huán)境保護：大氣污染過(guò)程包含著(zhù)極其豐富而復雜的光化學(xué)過(guò)程，例如氟利昂等氟碳化物在高空大氣中光解產(chǎn)物可能破壞臭氧層，產(chǎn)生臭氧層“空洞”。同時(shí)，該反應也在環(huán)保領(lǐng)域發(fā)揮著(zhù)積極作用，如利用該反應原理進(jìn)行廢水、廢物處理中的光降解等。

　　3.能源轉化：在能源轉化領(lǐng)域，該反應是一種能夠轉化光能為化學(xué)能的過(guò)程，為太陽(yáng)能的利用提供了新的途徑。通過(guò)研究光催化劑和光反應體系，可開(kāi)發(fā)有效的光催化材料，用于光解水產(chǎn)生氫氣、光催化二氧化碳還原制備燃料等新能源領(lǐng)域，推動(dòng)可再生能源的發(fā)展。

　　4.醫藥制造：在醫藥制造領(lǐng)域，該反應儀在活物成分的合成、靶向藥物的合成、抗體藥物的合成以及復雜天然產(chǎn)物的合成中發(fā)揮著(zhù)關(guān)鍵作用。該反應器通過(guò)光能激發(fā)催化劑表面的電子，促進(jìn)藥物分子的合成，例如合成各種抗癌藥物、抗生素等。

　　5.信息技術(shù)：光化學(xué)在信息的影像記錄、光刻技術(shù)和該反應表面涂層等領(lǐng)域也有廣泛應用。例如，銀鹽照相、重氮鹽照相、電子照相、感熱照相和復印等感光技術(shù)都和光化學(xué)緊密相關(guān)。

　　光化學(xué)的基本原理揭示了光與物質(zhì)相互作用的化學(xué)效應，而該反應的廣泛應用則展示了其在多個(gè)領(lǐng)域中的重要性和價(jià)值。隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，光化學(xué)將在更多領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，為人類(lèi)社會(huì )的進(jìn)步和發(fā)展做出更大貢獻。