在光的作用下发生的化学反应称为光化学反应,简称光化反应。对光化反应有效的光是可见光、紫外光和近红外光,波长在100~1000nm之间。普通的化学反应又称热反应,热反应的活化能来源于分子热运动引起的碰撞,而光化反应的活化能来源于光的辐射。

光化学反应

光作为能量使反应进行的现象早已为人们所熟知,例如,植物的光合作用即是在光与叶绿素的作用下把 二氧化碳和水变成糖类化合物和氧气、摄影胶片上卤化银的分解、染料在阳光下的褪色、药物在光照下的分解变质等都是光化学反应的结果。光化学反应与热反应相比有许多特殊的优点,研究光化学反应有十分重要的意义。例如,地球在原始阶段,碳、氨等元素和简单分子就是通过太阳光的作用形成氨基酸和蛋白质的,这就是生命的起源。

光化学合成

对植物的光合作用的研究,使人们了解到利用光的高效率为人类提供更多的粮食和能源。光化学反应一般分为两个阶段,第一阶段称为初级反应,是反应物分子吸收了光能,形成自由基等高能量质点的过程;第二阶段称为次级反应,是系统在吸收光能后继续进行的一系列过程,次级反应不需要光能,属于热反应。光化学反应与热反应有如下许多不同点。(1)普通的热化学反应是基态分子的反应,光化反应是激发态分子的反应。(2)由热力学第二定律,在等温等压和不做非体积功的条件下,热化学反应总是向系统的Gibbs能降低的方向自发进行。但光化反应中,环境以光的形式对系统做了非体积功,因而光化反应的方向与系统的Gibbs能增减没有必然联系。光化作用下往往能使一些反应沿着Gibbs能增大的方向进行。

光化学反应

例如在光的作用下氧转变为臭氧、氨分解、光合作用等。(3)热化学反应的活化能来源于分子频繁碰撞的热运动,因而反应速率受温度的影响大;而光化学反应的活化能来源于光量子,反应速率取决于光的照度而受温度影响较小。(4) 热反应的反应速率大多数与反应物浓度有关,而光化反应的反应速率与反应物浓度无关,仅取决于辐射能的强度,因此光化反应为零级反应。

光催化反应

光化反应通常比热反应有更高的选择性,不同频率的光可以选择性地引发不同的化学反应。光化学定律①光化学第一定律照射到分子上的光对发生化学反应是否都有效呢?Grotthus 和 Draper 指出:只有被系统吸收的光,才能引起光化学反应。这就是光化学第一定律。②光化学第二定律在光化学初级反应中,物质的分子每吸收一个光子,就能变成一个活化分子,即:被活化的分子或原子数等于被吸收的光量子数,这就是光化学第二定律。

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