光化學的基本原理與應用范圍

　　光化學是研究光與物質(zhì)相互作用所引起的長久性化學效應的化學分支學科。以下是對光化學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，光化學研究的是“吸收了紫外光或可見光的分子所經(jīng)歷的化學行為和物理過程”。

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

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

　　2.光化學過程：

　　物質(zhì)在可見光或紫外線的照射下，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)化學反應。

　　光化學過程可分為初級過程和次級過程。初級過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，也可能過渡到一個新的激發(fā)態(tài)上去，這些都屬于初級過程，其后發(fā)生的任何過程均稱為次級過程。

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

　　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，如視覺中暗適應周圍視覺的相對光譜亮度曲線與視紫紅質(zhì)的吸收波譜相一致，光合作用波譜與葉綠素之類的吸收波譜甚相對應等。

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

　　二、應用范圍

　　1.合成化學：光化學反應已經(jīng)廣泛用于合成化學，由于吸收給定波長的光子往往是分子中某個基團的性質(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：大氣污染過程包含著極其豐富而復雜的光化學過程，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，該反應也在環(huán)保領(lǐng)域發(fā)揮著積極作用，如利用該反應原理進行廢水、廢物處理中的光降解等。

　　3.能源轉(zhuǎn)化：在能源轉(zhuǎn)化領(lǐng)域，該反應是一種能夠轉(zhuǎn)化光能為化學能的過程，為太陽能的利用提供了新的途徑。通過研究光催化劑和光反應體系，可開發(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，推動可再生能源的發(fā)展。

　　4.醫(yī)藥制造：在醫(yī)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)揮著關(guān)鍵作用。該反應器通過光能激發(fā)催化劑表面的電子，促進藥物分子的合成，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)都和光化學緊密相關(guān)。

　　光化學的基本原理揭示了光與物質(zhì)相互作用的化學效應，而該反應的廣泛應用則展示了其在多個領(lǐng)域中的重要性和價值。隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，光化學將在更多領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，為人類社會的進步和發(fā)展做出更大貢獻。