光化学1

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化学中的光化学反应

化学中的光化学反应光化学反应是指在光的照射下发生的化学反应。

光化学反应通常涉及光能的吸收、传递和转化，从而引起反应物分子结构的改变，生成新的物质。

光化学反应在自然界和人类社会中具有广泛的应用，如光合作用、臭氧层形成、污染控制、能源转换等。

一、基本概念1.光子：光子是光的基本粒子，具有能量、动量和量子。

光子的能量与光的频率成正比，与光的波长成反比。

2.光能吸收：光能吸收是指物质分子在光的照射下，吸收光子能量，从基态跃迁到激发态的过程。

3.光能传递：光能传递是指光能从一个物质分子传递到另一个物质分子的过程，如光合作用中的光能传递。

4.光化学反应速率：光化学反应速率是指在光的照射下，反应物浓度变化的速度。

二、光化学反应类型1.光分解反应：光分解反应是指在光的照射下，反应物分子分解成两个或多个产物的反应。

如氯离子在光照条件下分解成氯气和水。

2.光合成反应：光合成反应是指在光的照射下，两个或多个反应物分子结合生成一个新的物质的反应。

如光合作用中，水和二氧化碳在光照条件下生成葡萄糖和氧气。

3.光致变色反应：光致变色反应是指在光的照射下，物质的颜色发生变化的反应。

如某些有机分子在光照条件下，结构发生改变，导致颜色变化。

4.光氧化还原反应：光氧化还原反应是指在光的照射下，反应物分子发生氧化还原反应，即电子的转移。

如光催化氧化反应，利用光能将反应物氧化成产物。

三、光化学反应的应用1.光合作用：光合作用是绿色植物和某些细菌利用光能将二氧化碳和水转化为葡萄糖和氧气的过程，是地球上生命的基础。

2.臭氧层形成：臭氧层形成是指在地球大气中，紫外线照射下，氧分子分解成氧原子，氧原子与氧分子结合生成臭氧的过程。

3.污染控制：光化学反应在污染控制领域具有重要作用，如光催化氧化技术用于处理工业废水、光分解技术用于去除室内空气污染物等。

4.能源转换：光化学反应在能源转换领域也具有重要意义，如太阳能电池利用光能转化为电能，光化学电池利用光能驱动化学反应产生电能。

光化学,电化学和太阳能的转化

HONO(亚硝酸)的光吸收特性 HONO是对流层大气中除NO2之外第二个重要的吸光物质，它可以强烈吸收300～400nm范围的光谱，并发生光解，一个初级过程为：
HONO ＋ hv → HO·＋ NO 这是对流层大气中HO·自由基的主要来源。另一个初级过程为：
HONO ＋ hv → H·＋ NO2 次级过程为：
1.2 光化学定律
光化学第一定律光化学第一定律又称格罗杜斯-德拉波（Grotthus-Draper）定律，
其内容为：只有被体系内分子吸收的光，才能有效地引起该体系的分子发生光化学反应。此定律虽然是定性的，但却是近代光化学的重要基础。例如理论上只需284.5kJ／mol的能量就可以使H20分解，这相当于λ＝420 nm光子的能量，似乎只需可见光就可以了。但实际上在通常情况下H20并不被光解，原因是H20不吸收波长为420nm的光。H20最大吸收在λ＝5000~8000 nm和λ＞20000 nm的两个频段。因此，可见光和近紫外光都不能使H20分解。
CH3CHO ＋ hv → H·＋ CH3CO· H·＋ O2 → HO2· 所以醛类的光解是大气中HO2·自由基的主要来源。
过氧化物的光吸收性过氧化物ROOR’在300～700nm范围内有微弱吸收，过氧化物中O—O键能为143kJ／mol，C—O键能为350kJ／ mol，R中的C—C键能为344kJ／mol，C—H键能为415kJ ／mol，所以过氧化物发生的光解反应如下：
HO·＋ NO → HNO2 HO·＋ HNO2 → H2O＋ NO2
HO·＋ NO2 → HNO3
HCHO的光吸收特性 HCHO也是对流层大气中的重要吸光物质，它能吸收 290～360nm波长范围内的光、并进行光解，初级过程为：

光化学教材(photochemistry)

•
在多数有机分子里，基态的所有电子是配对的，依照 Pauli 原则要求，构成电子对的每个电子具有相反的自旋。当一对电子中的一个跃迁到较高能级的轨道时，因为两个电子不再共享一个轨道，所以 Pauli 原则不再适用。激发的电子原则上会和它的前一个配偶电子自旋一样的或者相反。两个未配对电子自旋一样则为激发三线态，自旋相反则为激发单线态。分子的基态基本多为单线态（Pauli原理）原则上，每个激发单线态有对应的激发三线态。多数情况下，按照Hund 规则，三线态的能量比相应单线态能量要低（因为将两个电子成对所需要的能量要大于将他们放在不同的新轨道中）因此分子由基态激发到三线态或者单线态的能量是不一样的。
1. 2. 3. 4.
远紫外，紫外，可见光，近红外，红外，远红外 Chemically useful light is generally in the range of 200-400 nm Visible light corresponding to color. (dye and pigment) Far-uv region research needs high vacuum since O2 and N2 absorb energy (less often).
2)
* Alkanes, which have no n or electrons, can be excited only in this way. (far uv) n * (n denotes an electron from a lone pair) Alcohols, amines, ethers, and so on, can also be excited in this manner. * This pathway is open to alkenes as well as to aldehydes, carboxylic esters, and so on. n * Aldehydes, ketones, carboxylic esters, and so on, can undergo this promotion as well as the other three. (ordinary uv light) an excited state “ * ” Denotes 意味是丆意思是

光化学知识点总结

光化学知识点总结一、光化学基本原理1. 光的性质光是一种电磁波，具有波粒二象性。

光的波长和频率决定了光的颜色和能量。

光的电磁波特性将在后文中对光的分子间作用和光合作用等方面有重要应用。

2. 光的吸收物质吸收光的能量后，电子会被激发到一个较高的能级，形成激发态。

激发态的电子具有较高的能量，可以参与化学反应。

光的吸收将在光合作用和光敏化合物中有着重要应用。

3. 光的辐照当物质受到光的辐照时，光的能量将被转化为物质的化学能。

光的辐照对光催化反应、光解反应等过程有着重要作用。

4. 光的作用光能激活分子，促进化学反应的进行。

光化学反应是指光能激活分子，使其发生化学变化的过程。

二、光合作用光合作用是光能转化成化学能的重要过程，是植物生长和生活的基础。

1. 光合色素叶绿素是植物中最重要的光合色素之一，它具有吸收光的能力，可以将光能转化成化学能。

光合色素会在光的作用下发生光合作用，将二氧化碳和水转化成葡萄糖和氧气。

2. 光合作用的过程光合作用是一个复杂的生物化学过程，包括光反应和暗反应两个阶段。

光反应发生在叶绿体中的类囊体内，叶绿体中的光合色素将光能转化成化学能，产生ATP和NADPH。

这些能量将在暗反应中用于合成葡萄糖和其他有机物。

3. 光合作用的意义光合作用能够将光能转化成化学能，是植物生长和生活的基础。

光合作用产生的葡萄糖和氧气为植物提供能量，也为其他生物提供食物和氧气。

三、光催化反应光催化反应是指在光的作用下催化剂促进化学反应的进行。

光催化反应具有高效、温和、环保等特点，在环境保护、能源转化等领域有着广泛的应用。

1. 光催化剂光催化剂是一类可以吸收光能的物质，它可以将光能转化成化学能，促进化学反应的进行。

光催化剂在光解反应、有机合成、环境净化等方面有着重要的应用。

2. 光解反应光解反应是一类光催化反应，通过光的能量将化学键断裂，产生离子、自由基等反应物。

光解反应在环境净化、水处理、氢能源等方面有着重要应用。

光化学反应的原理

光化学反应的原理嘿，朋友们！今天咱来唠唠光化学反应这神奇的玩意儿。

你说这光化学反应啊，就好像是大自然的一场奇妙魔术。

阳光就像是那神奇的魔杖，轻轻一挥，各种变化就悄然发生了。

想象一下，那些小小的分子们，平时安安静静地待在那里，没啥动静。

可一旦阳光照过来，哇塞，就跟被施了魔法一样，开始活跃起来啦！它们可能会结合在一起，变成新的东西；也可能会分解开来，变成其他的分子。

这多有意思呀！就好比我们生活中的一些事情，一个小小的契机，就能引发一连串意想不到的变化。

光化学反应不也是这样嘛！平时看着普普通通的物质，在光的作用下，就变得不一样了。

你看那植物的光合作用，不就是光化学反应的杰作嘛！阳光照在叶子上，那些叶绿素就开始工作啦，把二氧化碳和水变成了氧气和有机物，这可是养活了我们整个地球生物的大功臣呢！这难道不神奇吗？还有啊，有些光化学反应能让物质变色呢！就像变戏法一样，一下子就换了个模样。

这要是放在我们生活中，不就跟突然换了个造型似的，让人眼前一亮。

光化学反应还和我们的环境息息相关呢。

比如说有些污染物，在光的作用下，可能会变得更加难以处理。

但反过来想，如果我们能好好利用光化学反应，是不是也能找到解决环境问题的好办法呢？而且哦，光化学反应在很多领域都有大用处。

在化学工业里，能通过它来制造各种有用的东西；在医学上，说不定也能利用它来研发新的药物呢！这可不是瞎吹，这是真有可能的呀！咱再回过头想想，大自然里到处都有光化学反应的影子。

从白天的光明到夜晚的黑暗，从万物的生长到季节的更替，光化学反应都在默默地发挥着作用。

它就像是一个幕后英雄，不声不响地推动着一切。

所以说啊，光化学反应真的是太重要啦！它就像是生活中的一个小惊喜，时不时地给我们带来一些新奇的发现。

我们可得好好研究它，利用它，让它为我们的生活带来更多的好处和便利呀！。

绿色化学-光化学

HCl -H2O
类似于[2+2] 环加成
H
CH3OH -H2O
Charles W. Jefford and Christian G . Rimbault . Journal of the American Chemical Society /100:20 /September 27, 1978
四、光化学反应的优点和局限性
③特殊过氧桥建的构建
周维善院士等人青蒿素的部分合成路线
O H
1、O2，MeOH，光敏剂，hv
光化学反应的高效性与绿色性
CHO O H3COOC
2、HCl，MeOH
香茅醛
单线态氧光化学关环构造过氧桥键
H3CO
H O O H3CO H3CO H3COOC
70%HClO4
青蒿素是一种含有内过氧桥结构的新型倍半萜内酯。
目录
一、光化学反应的基本概念
二、光化学的绿色化学工艺三、光化学反应在有机合成中的应用四、光化学反应的优缺点
一、光化学反应的基本概念
1、物理光化学的基本概念（1）研究对象：波长为100-1000nm的光
紫外：150-400nm 可见光：400-750nm 红外：＞ 750nm
（2）基本定律： ①光化学第一定律：只有被分子吸收的光才能引起化学反应 ②光化学第二定律：在初级反应中一个反应分子吸收一个光子而被活化。（3）光化学反应与热化学反应的区别： ①活化途径不一样； ②热化学反应必须是(Δ rG)T,P≤0的反应，而在光化学反应中可以是(Δ rG)T,P≤0的反应也可以是(Δ rG)T,P＞0的反应； ③热化学反应速率通常与温度相关，而光化学反应速率与温度无关。
①特殊的区域选择性

第一章光化学基本原理

1.5.7 Jablonski图解
上述激发态失活的过程可总结在Jablonski图中，该图表示出体系状态转变时可能出现的光化学和光物理过程。
a，吸收； f，荧光； p，磷光； ic, 内转换； isc, 系间窜越； ET，能量传递； ELT，电子转移； chem, 化学反应
1.6 光化学发展的趋势
1.4.6 自旋选择定则
在电子跃迁过程中电子的自旋不能改变，符合这一规则的跃迁，如单重态→单重态、三重态→三重态跃迁是允许的，违背这一规则的跃迁，如单重态→三重态和三重态→单重态跃迁是禁阻的。
1.4.7 宇称禁阻
宇称禁阻有跃迁所涉及的轨道的对称性决定，分子轨道的对称性取决于所描述分子轨道的波函数在通过一个对称中心反演时符号是否改变。波函数分为对称的（g）和反对称的（u）两类。通过对称中心反演，分子轨道的波函数改变符号，称为反对称的；如果不改变符号，称为对称的。选择规则指出u→g和 g→u的跃迁是允许的，而g→g和u→u的跃迁是禁阻
1.5.2 辐射跃迁
分子由激发态回到基态或由高级激发态到达低级激发态，同时发射一个光子的过程称为辐射跃迁，包
括荧光和磷光。
荧光荧光是多重度相同的状态间发生辐射跃迁所产生的光，这个过程速度很快。有机分子的荧光通常是 S1→S0跃迁所产生的，虽然有时也可以观察到S2→S0 （例如某些硫代羰基化合物）的荧光。当然由高级激发三重态到低级激发三重态的辐射跃迁也产生荧光。
1.3.3 激发态的能量
激发态的能量是决定激发态的化学和物理性质的另一个最重要的因素。对于同一电子组态的激发态，单重激发态的能量比三重激发态的能量要高，这是因为自旋相同的电子间的排斥力比自旋不同的电子间的排斥力小，这和洪特规则——原子的电子组态应具有最大的多重度——是一致的。单重和三重激发态的能量差值的大小取决于所涉及轨道的空间重叠程度。

光化学课件

有原子间的相对振动和分子的转动。能级图比较见图1.2’。
分子电子能级、振动能级和转动能级的区别和联系
紫外、可见光谱涉及电子、振动和转动能级；图1.2’ 红外光谱能级跃迁涉及原子振动和分子转动能级；远红外光谱的能级跃迁仅涉及转动能级。
在相同能级之间跃迁所吸收和辐射的波长相同。因物质的能级结构不因对光的吸收或辐射而改变。
将通过狭缝的光分光后形成的影像按波长或频率进行有序排列得到的谱带称为光谱；基于测量物质的光谱而建立的分析方法称为光谱分析法。
通过感光、显影和定影来获取光谱是一种较经典的技术。
部分氢原子光谱见图1.2。氢原子光谱实验见图1.2-1
1.1 一些基本原理和概念
1.1.1 电磁波与电磁波谱光是一种电磁波，具有电磁波动的特点，图1.1。光具有波粒二相性。波动性：用波长λ、频率ν和光速 c 描述，可通过
线光谱光谱的分布是线状的，即每条光谱只有很窄的波长范围。它多发生于气态原子或离子上，如气态氢原子光谱便是线状光谱，如图1.3(a)所示。
带光谱许多相邻谱线的波长很接近，较难分出很窄的线光谱，这种光谱便称为带光谱。A.因在电子跃迁同时还有振动与转动能级参与，使相邻能级间隔很小，谱线间隔较难分别。B.当是凝聚态时，分子间的相互作用使能级变化，光谱复杂化，故凝聚态分子的光谱多是带光谱。如氰 (CN)光谱便是带光谱，见图1.3(b)。
E h hc / hc
h 6.6261034 J s；单位为Hz;
波数 1/ ，单位为cm1;
E单位用eV ,1eV 1.601019 J ,计算光子能量时可按千
克米秒制算出J数，再换算成eV数，见P2；
单位可用nm或m。
不同能级跃迁的光子能量不同，波长不同，相应光谱分析法不同，见表1.1。

光化学反应机理1

光化学反应机理大气污染环境中研究较多的光化学反应类型有光解反应、激发态分子的反应和光催化反应，其中，光解反应往往是大气中链式反应的引发反应，是产生活性化学物质和自由基的重要源泉，对大气中许多污染物的破坏和清除起着重要作用，也是造成近地大气层二次污染的重要反应，如光化学烟雾、酸沉降、臭氧层破坏等。

光化学反应的基本原理如下：A*A+hv 辐射跃迁（荧光，磷光）A*+MA+ M 无辐射跃迁A+hvA* （碰撞失活）B 1+ B 2+K 光离解A*+ CD 1+ D 2+K A*与其它分子反光化学过程应生成新的物种初级过程次级过程对于对流层大气化学有重要意义的一类自由基是活性氧自由基，包括羟基自由基（·OH ）、氧基（O ·）、过氧碳氢基（RO ·）、有机过氧自由基（RO 2·）、氢过氧自由基（HO 2·）、过氧阴离子自由基（O 2-·）等，也是大气光化学反应的产物。

这些自由基的反应活性很强，可使空气中光化学反应异常活跃，是形成光化学反应的引发剂。

近十几年来的研究表明，·OH 是大气中最重要的自由基，全球平均浓度约为7×105个/cm 3，能与大气中各种微量气体反应，并几乎控制了这些气体的氧化和去除过程。

如·OH 与SO 2、NO 2的均相氧化生成HOSO 2和HONO 2是造成环境酸化的重要原因之一；·OH 与烷烃、醛类以及光量子物种A烯烃、芳烃和卤代烃的反应速率常数要比与O3的反应大几个数量级。

1、大气中羟基(·OH)自由基的来源（1）高层大气中，在光照条件下，水分子可发生共价键断裂，从而产生成对的自由基。

H2O+ hr ·OH + H·（2）清洁空气中，O3的光离解是大气中·OH的主要来源，光强增加、水蒸气含量增加将增加·OH的浓度。

O3 + hr O·+O2O·+ H2O 2·OH（3）污染大气中，如有HNO2和H2O2存在，它们的光离解也可产生·OH。

高等有机化学课件-光化学

02 03
光致变色过程
在紫外光照射下，螺吡喃类化合物发生开环反应，生成具有共轭结构的开环产物，颜色发生变化；在可见光或热作用下，开环产物恢复为螺环结构，颜色恢复原状。
应用举例
螺吡喃类化合物可用于制作光信息存储材料、光学滤波器等。
05 荧光和磷光现象与原理剖析
荧光和磷光现象简介
荧光现象
荧光物质在吸收光能后，能够发出比入射光波长更长的可见光，且发光时间较短。
用于研究超快光化学反应过程，揭示反应机理和动力学。
光子回声技术
通过超快激光脉冲序列，实现光化学反应中间态的观测和研究。
3
受激拉曼散射技术
利用超快激光与物质相互作用产生的拉曼散射信号，研究光化学反应过程中的分子振动和结构变化。
计算模拟在光化学中应用
量子化学计算
通过计算模拟分子的电子结构和性质，预测光化学反应的机理和产物。
荧光素酶的作用
荧光素酶是一种能够催化荧光素发光的酶，它能够将无荧光的荧光素催化成具有高荧光的荧光素酸。
发光过程
在荧光素酶的催化下，荧光素与氧气发生氧化反应，生成荧光素酸和过氧化氢。在这个过程中，荧光素酸发出荧光。
06 现代技术在光化学研究中应用与展望
超快激光技术在光化学中应用
1 2
飞秒激光技术
高等有机化学课件-光化学
目录
• 光化学基本概念与原理 • 有机物光化学反应 • 无机物光化学反应 • 光致变色现象与机理探讨 • 荧光和磷光现象与原理剖析 • 现代技术在光化学研究中应用与展望
01 光化学基本概念与原理
光化学定义及发展历程
光化学定义
光化学是研究物质在光的作用下发生的物理和化学变化的科学。

光化学反应与光催化应用

光化学反应与光催化应用光化学反应和光催化是一种利用光能刺激分子发生化学反应的方法，通过光能的吸收和传输，使得分子的能态发生改变，从而促进化学反应的进行。

光化学反应和光催化应用广泛，涵盖了多个领域，如环境清洁、能源开发、有机合成等。

光化学反应的基本原理是通过吸收光能，激发分子到激发态，然后发生化学反应。

在光化学反应中，光能的吸收由色素分子完成，这些色素分子能够吸收特定波长范围内的光，并将其转化为化学能。

当光能被吸收后，分子发生激发，能级发生改变，从而使得分子变得更加容易发生化学反应。

而催化剂则可以加速化学反应的速率，降低反应的能量垒，使得反应更容易进行。

光催化应用广泛，其中一个重要的应用领域是环境清洁。

光催化可以利用太阳光能促进有害气体的分解，如二氧化硫、一氧化氮等。

光催化还可以降解有机污染物，通过吸收光能，使得污染物的分子发生断裂，进而转化为无害物质。

光催化技术在空气净化、水处理等领域有着广阔的应用前景。

另一个重要的应用领域是能源开发。

光催化可以用于太阳能的利用。

通过光催化反应，将太阳能转化为化学能，使得光能得到充分利用。

太阳能电池就是一种利用光催化反应的技术，将太阳光能转化为电能。

此外，光催化还可以由光能驱动水分解，产生氢气，作为清洁的燃料。

在有机合成领域，光催化也发挥了重要作用。

光催化合成是一种在无机或有机光催化剂的存在下，利用光能催化有机反应的方法。

相比于传统的热反应，光催化合成具有反应速度快、可选择性高、催化剂可循环利用等优势。

此外，光催化合成还可以进行绿色合成，避免有毒有害物质的使用。

值得注意的是，光催化应用还面临着一些挑战。

例如，光催化反应需要适合的光源，且在反应溶液中需要合适的色素分子对光进行吸收。

此外，催化剂的性能和稳定性也是需要考虑的因素。

因此，对于光催化应用的开发和研究，需要深入探索各种光催化材料的性能和特性，并提出合适的方法和策略，以实现更高效、更可靠的光催化应用。

总之，光化学反应和光催化应用是一种利用光能促进化学反应的方法，具有广泛的应用前景。

光化学反应的机理及其应用

光化学反应的机理及其应用光化学反应是指光子与分子之间的相互作用，引起化学变化的过程。

它是光化学领域的一个重要研究方向，具有广泛的应用价值。

本文将从光化学反应的机理，以及其在环境污染治理、能源转化、药物研发等方面的应用展开讨论。

光化学反应的机理光化学反应的机理可以分为两个步骤：吸收光子和分子反应。

当光子穿过分子时，其能量可能被分子吸收，分子进行跃迁到高能量态。

随后，分子将通过直接化学反应或与其他分子碰撞后，恢复到其基态。

因此，光化学反应的机理取决于光的能量和分子的结构。

理解光化学反应的机理与能够预测反应产物密切相关。

在许多情况下，光化学反应会产生一些复杂的中间体，这些中间体可能会经历一系列进一步的化学反应，最终生成最终产物。

例如，在大气污染的场景中，太阳辐射可促进二氧化氮、臭氧、挥发性有机物等之间的复杂反应，产生诸如二次氧化物、硝酸酯和醛类化合物等有害物质。

光化学反应的应用环境污染治理光化学反应在环境污染治理中具有广泛的应用。

典型的例子是通过光化学反应来降解有害的挥发性有机物（VOCs）。

光析氧反应、光氧化反应、光催化反应等都是有效的处理VOCs的方法，虽然这些方法仅适用于特定类型的VOCs。

例如，对甲苯、苯等化合物，光催化反应已被证明是一种有效的处理方法。

光催化反应将UV光与光催化剂结合，促进化学反应。

这些反应可在分子表面吸附的本质上无限制的物种中进行，包括氮氧化物、VOCs和甲醛等。

能源转化光化学反应还可用于能源转化，例如太阳能。

光合作用是现代生态学的核心重点之一。

从概念上讲，它是太阳能的最直接而强大的利用形式之一，因为光合作用转化了太阳光能到植物体内的化学能量。

类似地，通过对太阳光进行催化反应，科学家可以开发出新型的太阳电池，从而将太阳光转化为电能。

药物研发光化学反应亦用于药物研发。

光敏化合物被广泛应用于疗法、药物制剂和分析化学中。

这种化学特性可用于医学或药学领域的诊断和治疗。

例如，用于治疗癌症的药物光动力疗法（PDT）是基于光化学反应的。

光化学反应中的电子激发与荧光发射机制

光化学反应中的电子激发与荧光发射机制光化学反应是一种在光照条件下发生的化学反应，其中光的能量被吸收并转化为化学能量。

在光化学反应中，电子激发和荧光发射是两个重要的过程。

本文将探讨电子激发和荧光发射机制，并探讨它们在光化学反应中的重要性。

在光化学反应中，光的能量被吸收后，分子中的电子会被激发到一个高能态。

这个过程涉及到电子从基态跃迁到激发态的能量转移。

电子激发的能量取决于光的波长，因为不同波长的光对应着不同的能量。

当光的能量与分子的能级差相匹配时，电子就会被激发到相应的激发态。

电子激发是光化学反应中的关键步骤之一。

在激发态，电子具有更高的能量，这使得分子处于一种不稳定的状态。

为了恢复到稳定状态，激发态电子会经历一系列的非辐射跃迁和辐射跃迁。

非辐射跃迁是指电子通过分子内部的振动和转动来释放能量，而辐射跃迁则是指电子通过发射光子来释放能量。

在非辐射跃迁过程中，电子通过与周围分子的碰撞来传递能量。

这种能量传递导致分子的振动和转动增加，从而使电子的能量逐渐降低。

最终，电子会回到基态，而分子则处于激发态到基态的过渡状态。

非辐射跃迁是一个快速的过程，通常在纳秒或皮秒的时间尺度内发生。

然而，并非所有的电子都会通过非辐射跃迁回到基态。

一部分电子会经历辐射跃迁，通过发射光子来释放能量。

这个过程就是荧光发射。

荧光发射是光化学反应中的一个重要现象，它使得我们能够观察到分子的激发态和基态之间的能量转移。

荧光发射的光谱通常位于可见光范围内，因此我们可以通过肉眼观察到荧光现象。

荧光的颜色取决于激发态电子的能量差。

当电子从高能激发态回到低能基态时，释放的能量会以光子的形式发射出来。

这些发射的光子具有特定的波长和能量，决定了荧光的颜色。

荧光发射机制在光化学反应中具有重要的意义。

首先，荧光发射可以提供有关分子结构和能级的信息。

通过测量荧光光谱，我们可以确定分子的能级差和电子激发的能量。

这对于研究分子的光物理性质和光化学反应机制非常重要。

光敏物质的光化学反应及机制

光敏物质的光化学反应及机制在我们日常生活中，我们常常需要处理或利用光敏物质，比如拍摄照片、制作印刷品、制作屏幕显示器等都需要用到光敏物质。

这些光敏物质具有哪些光化学反应和机制呢？本文将详细探讨这个话题。

一、光化学反应的基本概念光化学反应是指在光的作用下，物质发生化学反应的过程。

在光敏物质中，分子吸收光能后会被激发到一种高能量的状态，接着发生或不发生电荷转移再次降落到基态时，触发化学反应。

不同的光敏物质基态和激发态的能量差异不同，因此其反应机制也各有不同。

二、光敏剂光敏剂是指一类可以在光线的作用下改变其化学性质的物质。

广义上，包括彩色印刷、荧光粉、感光剂、发光材料，生物体中的感光分子等。

在这其中，感光剂是应用最广泛的一类，其反应和机制可以详细探讨。

三、感光剂的光化学反应机制感光剂分为负片和正片两种，这里以负片为例介绍机制。

负片感光剂主要成份是银盐，银盐中又以AgBr最常见。

感光剂在车间里用光对其进行曝光处理。

首先，经过辐射后，光子被吸收，使银盐晶体成份发生变化。

然后，通过化学反应将银离子复原成原先的银盐，银离子被还原沉积在感光像片上。

完成相反的光学变换。

正片感光剂则是通过反胶片制程获得实体成像，一般不需要光学放大，制程比较简单。

四、还原与析氧反应光敏反应最具代表性的还是银盐与光共同促成的反应，其机理主要有两个，一是还原反应，二是析氢/析氧反应。

还原反应是指通过银离子与电子第一次接触时，电子被银离子吸收，银盐被还原成了黑色的银状物质。

银盐颗粒越多，则使光反应更为迅速。

析氧反应则是指银盐晶体受到内部对光的激发作用，分子因迅速降解而放出氧。

以上反应过程可以看出，光敏反应不仅仅只是靠光的作用，还与物质内部结构、成份等因素都有关系。

因此，想要更好的调控光敏反应，也需要不断在化学角度进行探索研究，才能更好的应用于实际生产和生活中。

五、结论光敏物质的光化学反应及机制是一个广泛而有趣的话题。

不仅仅是从科学的角度来讲解，也要与实际应用同时考虑。

光化学制氢技术原理

光化学制氢技术原理光化学制氢技术是一种利用太阳能转化为化学能的方法，通过光合作用将水分解为氢气和氧气。

这种技术具有环保、可持续的特点，被广泛应用于能源领域。

光化学制氢技术的原理非常简单。

首先，我们需要一个光敏材料，通常是半导体材料，如二氧化钛。

当光线照射到半导体表面时，光子会激发半导体中的电子，使其跃迁到导带。

同时，半导体材料的价带中也会形成空穴。

接着，光激发的电子和空穴会在半导体材料中发生光生载流子的分离。

电子会在导带中自由移动，而空穴则会在价带中自由移动。

这样，就形成了一个电子和一个空穴的电荷对。

在光敏材料的表面，存在着水分子。

当光生载流子分离后，电子和空穴会与水分子中的氧原子和氢原子发生反应。

电子会与氧原子结合，形成氧气分子，而空穴会与水分子中的氢原子结合，形成氢气分子。

通过这样的反应，我们就可以将水分解为氢气和氧气。

而氢气可以作为一种清洁能源被利用，而氧气则可以被释放到大气中。

值得一提的是，光化学制氢技术并不需要任何外部能源的输入。

只需太阳光的照射，就可以实现水的分解，生成氢气。

因此，光化学制氢技术被认为是一种非常环保和可持续的能源转化方法。

光化学制氢技术在能源领域有着广泛的应用前景。

通过利用太阳能，我们可以将光能转化为化学能，实现能源的高效转换和利用。

与传统的化石能源相比，光化学制氢技术不会产生二氧化碳等有害物质，对环境的影响更小。

光化学制氢技术还可以应用于光电池、太阳能电池等领域。

通过将光敏材料与电子传导材料结合，可以实现光能的直接转化为电能，提高能源转化的效率。

光化学制氢技术是一种非常有前景的能源转化方法。

通过利用太阳能，我们可以将水分解为氢气和氧气，实现能源的高效转化和利用。

这种技术不仅环保可持续，还具有广泛的应用前景。

相信在不久的将来，光化学制氢技术将会在能源领域发挥重要作用。

(完整)光化学原理

光化学原理1、电子的跃迁光子被分子的发色团（指分子中吸收光的那些基团或键）吸收后，它的能量转移给了分子，随之引起分子的电子结构的改变,产生各种电子的跃迁,其中最重要的是π→π＊和n→π＊跃迁.n轨道：孤对电子所处的非键轨道.当有机分子中有杂原子时，就可能出现杂原子中的一个电子对没有与其它原子共用而在未成键的轨道中，这种轨道就是n轨道。

它不参与分子的成键体系电子跃迁通常能在紫外吸收光谱中观察到.吸收光的波长位置和强度与电子结构有关。

含C ＝C键的化合物如乙烯，吸收137。

5～200nm的光子，电子从π轨道跃迁到π*轨道，产生π π*跃迁，形成的激发态称为ππ*态.含共轭双键的化合物如丁二烯，因π和π*轨道分别重新组合，使最高占有轨道和最低未占轨道间能隙缩小，跃迁能量降低。

随共轭双键数增加，最高占有轨道和最低未占轨道间能隙随之缩小，因而在紫外光谱中最大不断移向长波处。

对于各种多烯烃，随分子中的共轭双键数增加，吸收光谱中吸收的波长λmax值也随之增加。

λmax吸收强弱与跃迁类型有关。

nπ*跃迁几率小，吸光系数低，ππ＊跃迁几率大，吸光系数高。

原因是n轨道与π*正交，电子云重叠少；而ππ*轨道重叠较多。

σπ＊跃迁不仅需要能量高，几率也小。

正因为如此，烯烃比羰基化合物有较大的吸收强度。

2、基态与激发态（结合前线轨道理论）分子处于基态时，能量最低。

单线态基态用S 0表示。

把一个电子从基态分子的最高占有轨道HOMO 激发到最低空轨道LUMO 所要吸收的能量最少，形成的激发态是第一激发态。

有机分子发生电子跃迁时吸收的光子的能量E ＝hν是量子化的,有机分子的激发态由电子跃迁产生，电子从低能级向高能级跃迁。

产生激发态时,吸收的光子的能量可以不同，产生的激发态就可以是S 1、S 2、S 3……激发态电子通过与分子振动（声子）相互作用(电声子作用）,处于高激发态S 1、S 2等的电子会很快失活而回到最低的S 1上，然后再由S 1发生光物理或光化学过程。

11.11.1 光化学反应的过程和光化学定律

第十一章化学动力学光化学反应的过程&光化学定律天津大学孙艳光化学研究的是物质在光的作用下发生的化学反应—光化学反应。

（如：光合作用、胶片感光等，与热化学反应有许多不同）1．光化学反应的初级过程、次级过程和淬灭初级过程——光化学反应总是从反应物吸收光开始。

次级过程——初级过程后继续进行的一系列过程。

淬灭——处于激发态的反应物恢复到基态。

(1) 初级过程反应物吸收光能，使分子由基态变到激发态。

基态激发态单线态三线态分子或原子吸收适当波长的光子发生电子跃迁成为激发态。

能级和电子排布示意图(2) 次级过程初级过程后继续进行的一系列过程。

处于激发态的分子或原子是很不稳定的，其寿命约为10–8 s 。

若不与其他粒子碰撞会自动回到基态而放出光子。

由单线态返回基态的跃迁放出的光称为荧光。

荧光很短，切断光源即停止。

但有些被照物质，切断光源后仍能较长时间地发光，称为磷光。

磷光是由三线态向基态跃迁引起的。

三线态基态 + 磷光，弱 h 激发态单线态基态 + 荧光，强 h反应物对光不敏感，但可以引入能吸收光的分子或原子，使它变为激发态，再将能量传给反应物，使反应物活化，能引起这样作用的物质叫光敏剂或光敏物质。

例：H2分子对光不敏感，光照不反应，但可用Hg作光敏剂来引发反应。

(3) 淬灭激发态分子与其它分子或器壁发生碰撞而回到基态。

2．光化学定律(1) 光化学第一定律只有被分子所吸收的光，才能有效地导致光化学变化。

(2) 光化学第二定律在光化学初级过程中，系统每吸收一个光子，则活化一个分子(或原子)。

1 mol 光子的能量为：。

光化学基本定律及量子效率

1.光化学基本定律
光化学有两条基本定律，光化学第⼀定律是在1818年由Grotthuss和Draper提出：只有被系统吸收的光才可能产⽣光化学反应。

不被吸收的光(透过的光和反射的光)则不能引起光化学反应。

光化学第⼆定律，是在1908～1912年由Esinstein和Stark提出：在初级过程中，⼀个光量⼦活化⼀个分⼦。

2.光化学的量⼦效率
为了衡量⼀个光量⼦引致指定物理或化学过程的效率，在光化学中定义了量⼦效率f
(8-103）
多数光化学反应的量⼦效率不等于1。

f >1是由于在初级过程中虽然只活化了⼀个反应物分⼦，但活化后的分⼦还可以进⾏次级过程。

如反应2HI→H2＋I2，初级过程是
HI＋hν→H＋I
次级过程则为　H＋HI→H2＋I
I＋I→I2
总的效果是每个光量⼦分解了两个HI分⼦，故f ＝２。

⼜如，H2+Cl2→2HCl，初级过程是
Cl2＋hν→Cl2‡
Cl2‡表⽰激发态分⼦。

⽽次级过程则是链反应
Cl2‡+H2→HCl+HCl‡
HCl‡＋Cl2→ HCl+Cl2‡ （链的传递)
Cl2→Cl2＋hν
Cl2‡＋M→Cl2＋M ( 链的终⽌)
因此f 可以⼤到106。

f <1的光化学反应是，当分⼦在初级过程吸收光量⼦之后，处于激发态的⾼能分⼦有⼀部分还未来得及反应便发⽣分⼦内的物理过程或分⼦间的传能过程⽽失去活性。

量⼦效率f 是光化学反应中⼀个很重要的物理量，可以说它是研究光化学反应机理的敲门砖，可为光化学反应动⼒学提供许多信息。

光化学概要由于光的作用而发生的化学反应通称为光化学反应

§10.6光化学概要由于光的作用而发生的化学反应通称为“光化学反应”。

相对于光化学反应，普通的化学反应称为“热反应”。

人们对光化学现象早己熟知，如植物的光合作用、照相底片的感光作用等。

但直到最近五十年，由于人们越来越重视太阳能的利用以及激光技术的应用，光化学的研究才随之迅速发展起来。

有人估算，太阳投射到地球表面上的能量占地球总能量的99%以上。

而且太阳能取之不尽、用之不竭、且无污染，故一直是人们梦寐以求的理想能源。

目前，太阳能的利用大致可分三种类型：一是吸收太阳光直接转化为热；二是通过光电效应使光能转化为电能；三是通过光化学反应使光能转化为化学能。

因此，深入探索光化学规律的意义是显而易见的。

(1) 光化学定律以化学方式利用太阳能是指太阳光照射到一定的反应系统，系统吸收光能发生化学反应，并在此过程中将太阳能转化为化学能的形式贮存于光化学反应产物中，该产物恢复到原来物质时再释放出这部分能量供人们利用。

光化学反应必需遵循两条光化学基本定律：光化学第一定律，又称格罗塞斯(Grotthus)定律，其内容为：“只有为反应系统所吸收的辐射光才能有效地产生光化学变化。

”现在看来，这条定律似乎是明显的。

对于投射到地球表面的太阳光，通常只有紫外和可见部分能够被光化学系统所吸收，红外光由于很难促使分子中的电子激发，一般不能引发光化学反应。

光化学第二定律，又称光化当量定律或爱因斯坦(Einstein)定律，其内容为：“在光化学反应的初始阶段，系统吸收一个光量子就能活化一个分子。

”这种过程称为单光子吸收。

由于激光技术的应用，人们发现有时也会有多光子吸收现象，即一个分子同时吸收多个光量子而活化。

但是，在通常情况下这种多光子吸收的几率甚微，仍可忽略不计。

根据光化当量定律，活化1mol反应物分子就需要吸收1mol光量子。

1mol光量子的能量以Eλ表示。

则=[1.20⨯108/(λ/nm)]J·mol-1（10.56）式中λ是光的波长，单位为nm (纳米)；Eλ的单位为J·mo1-1。