光化学反应

光化学反应(Photochemical Reaction)

什么是光化学反应

热反应与光反应的差异

光化学反应是指吸收光的能量而发生的化学反应。热反应

光反应克服势垒能

量来源

分子间碰撞（分子热运动）吸收光子能量热力学

不能进行∆r G m >0的反应可以进行∆r G m >0的反应能量效率

低高选择性不好好

一些重要的光化学反应

光合作用

光合作用的场所----叶绿体

光合作用的历程

光化学反应臭氧层的保护作用与臭氧层的破坏

臭氧层空洞的产生与防止

在离地面10-50 km的区

域是寒冷、干燥的同温层

区，其中的臭氧层可防止宇

宙射线和紫外光对地球生物

的伤害。当臭氧含量降低到

一定程度，称之为空洞。

造成臭氧空洞主要是在同

温层中发生了催化反应：

臭氧层空洞的产生与防止

臭氧层的保护作用

()1

22332

322

320k k O O M O M

O hv nm O O O O O O ++−−→++λ<−−→++−−→+臭氧层的破坏222CF Cl Cl CF Cl

h +→+ 32

O Cl ClO O +→+2

O ClO Cl O +→+

臭氧层空洞的产生与防止

氟里昂和汽车尾气中的氮氧化物类化合物进入同温层后，在紫外光的作用下，产生NO和Cl，作为催化剂将持续不断地破坏奇数氧，造成臭氧含量的下降。所以地球上必须控制氮氧化物和氯氟烃的排放。

克鲁增对平流层臭氧的形成机制的研究中是世界领先的。他把平流层的研究引导上正确的轨道。他在30年前就指出：人类活动释放的少量物质能够损害全球范围的臭氧。1970年克鲁增提出NO 、NOz 可以起催化作用，造成O 3的损耗。使人们对臭氧层的损害也有了进一步的了解。他因此获得了1995年诺贝尔化学奖。同时获此殊荣的大气化学家还有莫利纳和罗兰德，以表彰他们在平流层

臭氧化学及其受人类活动的影响，并阐明其机理所作出的贡献。

克鲁增(PaulCrutzen)，荷兰大气化学家，1933年

生于荷兰阿姆斯特丹。1973年获Stockholm (瑞典

斯德哥尔摩)大学气象学博士学位。现为德国

Max—Planck—Institutebrchemistry 教授(麦克斯

韦—普朗克大学化学教授)。他还是瑞典皇家科学

院、瑞典皇家工程科学院院士。

莫利纳的重要贡献，是他与罗兰德在克鲁增之后作出卓越的预测——少量氯氟烃类(CFCs)能在平流层以催化作用的方式耗损大量臭氧。经过20多年的研究，越来越证实了他们预测的理论是正确的。他们的工作唤起了世界各国对臭氧的关注。他因此获得1995年诺贝尔化学获。同时获此殊荣的还有克鲁增和罗兰德。表彰他们在平流层臭氧化学，及其受人类活动的影响，并阐明其机理所作出的贡献。

莫利纳(Marlo Molina)，墨西哥大气化学家，1943

年生于墨西哥城，1972年获美国加利福尼亚州大

学(贝克莱)物理化学博士学位。他加入Rowland 研

究小组。1989年就职于麻省理工学院任教授，是

美国科学院院士，总统科技顾问委员会委员。

罗兰德在大气化学、尤其是在开拓与臭氧有关的大气研究方面有重要贡献。他的另一重要研究是与莫利纳在克鲁增之后作出卓越的预测——少量氯氟烃类(CFCs)能在平流层以催化作用的方式耗损大量的臭氧。他们的工作唤起了世界各国对臭氧的关注。他因此获得1995年诺贝尔化学奖。同时获此殊荣的还有克鲁增、莫利纳。表彰他们在平流层臭氧化学，特别是提出乎流

层臭氧受人类活动的影响，并阐明其机理作出的贡献。

罗兰德(P.Sherwood Rowland)，美国大气化

学家，1927年生于美国俄亥俄州。1952年获

芝加哥大学博士学位，曾在普林斯顿大学和

堪萨斯大学任职多年，现任加利福尼亚州大

学化学系教授。是美国国家科学院院士，也

是美国艺术和科学院院土。

光化学反应的动力学过程基态分子对

光子能量的

吸收、跃迁

激发态分子

的化学反应激发态分子的

能量耗散辐射、猝灭等

基态分子吸收光子能量，跃迁至电子激发态基态分子吸收紫外－可见或近红外光时电子发生跃迁：最高占据轨道（HOMO →最低空轨道（LUMO ）；NHOMO （次最高占据轨道）→LUMO ；

HOMO →NLUMO （次最低空轨道）的跃迁。φa φ'a φb

φ'b

σπ

σ*

π*

单重态与三重态

分子的重度(multiplicity of molecule)分子重度M的定义为：M=2S+1

式中S为电子的总自旋量子数，M则表示分子中电子的总自旋角动量在Z轴方向的可能值。

M=1为单重态或单线态；

M=3为三重态或三线态。

单重态(singlet state)

分子中一对电子为自旋反平行，则S=0，M=1，这种态被称为单重态或单线态，用S表示。

大多数化合物分子处于基态时

电子自旋总是成对的，所以是

表示。

单线态，用S

在吸收光子后，被激发到空轨

道上的电子，如果仍保持自旋

反平行状态，则重度未变，按

态

其能量高低可相应表示为S

1

S2态……。

单重态(singlet state)