光化學反應


簡介

光化學反應與暗反應截然不同,因為在暗反應中,熱反應涉及到化學化合物分子中存在的電子的基態。光化學反應在確定化學物質的性質方面起著至關重要的作用。化學物質包括大氣中存在的氣態汙染物。但是,光化學反應是由於大氣中的太陽輻射而發生的。

光化學反應的定義

光化學反應只不過是一種由光源的光輻射觸發而發生的化學反應。這會導致化合物分子中的電子由於吸收熱能而激發。

但是,在這個反應中,詳細特徵被認為是光化學反應的初級事件中發生的重大變化。

圖 1:黑暗實驗室中裝滿玻璃小瓶的多個彩色近距離光化學反應,在紫外燈下進行

這些階段展示了正在發生的化學反應的路徑。光化學反應支援地球上生命的繁衍。著名科學家特羅姆多夫是第一個能夠描述光化學反應的人。他透過兩個苦參的晶體暴露在陽光下做實驗來進行這個反應。被證明晶體先變成了黃色,然後爆裂。

光化學反應型別

在光化學反應中可以觀察到多種型別的反應,包括光解離,表示為

$$\mathrm{AB + h
u \:\rightarrow\:A^* + B^*}$$

下一種反應型別是光致重排或更為人知的異構,表示為

$$\mathrm{A+ h
u \:\rightarrow\: B}$$

圖片即將推出

下一個反應被稱為光加成,表示為

$$\mathrm{A + B + h
u \:\rightarrow\:AB + C}$$.

另一個反應是光取代,即

$$\mathrm{A + BC +\:\rightarrow\:AB + C}$$.

最後,光氧化還原的反應表示為

$$\mathrm{A + B + h
u\:\rightarrow\:A^- + B^+}$$.

光化學反應的應用

光化學反應非常重要,因為它可用於多種工業目的。這種反應主要用於製造氯化苄。對於生產天然合成有機分子,這種反應很有效。在製備各種抗瘧疾藥物時,採用了光化學反應。

示例

注意到了光化學反應的幾個示例,例如光合作用的過程,植物利用陽光將二氧化碳轉化為含有氧和葡萄糖的產品。其他示例包括保護地球免受紫外線輻射的臭氧層。由光化學反應引起的有害紫外線會傷害 DNA 和導致皮膚癌。

與光化學相關的定律

與光化學相關的定律迎合了格羅圖斯-德雷珀定律和斯塔克-愛因斯坦定律。在格羅圖斯-德雷珀定律中,指出光需要被化學物質吸收。

然而,反應本質上是化學的。根據斯塔克-愛因斯坦定律,每個光子都必須被所述化學系統吸收。在這個系統中,一個或多個會被光化學反應啟用。

光化學反應在光合作用中的出現

光合作用過程是指對地球生命維持至關重要的最終特性。這個過程是光化學的,是由綠葉植物(例如藻類和海藻)進行的。在某些特定細菌中,這個過程是顯而易見的,其中二氧化碳轉化為碳水化合物是透過吸收太陽能的結果。植物已知可以將光能轉化為化學能。這種能量透過有效利用水分和二氧化碳的形式儲存在植物中,從而釋放出氧氣作為副產品。

更重要的是,動物的生命透過消耗氧氣和碳水化合物來維持。然而,這些產品都是植物藉助於這個反應制備的。這導致電子的活躍激發,從而導致轉化。

結論

在本教程中,重點已放在理解自然界中發生的化學反應。最常見的是,當分子中的電子因吸收光能的形式的熱能而激發時,就會發生反應。在此反應中,陽光非常重要,並且在此反應中,化合物分子會被分離並被改性,從而彼此混合並形成新的產物。

常見問題解答

Q1. 什麼是光化學解離?

答案:光化學解離也稱為光解或光分解,被陳述為光子發生的化學反應,化學化合物分解。在此反應中,一個到多個光子傾向於透過與目標分子相互作用來反應。然而,在可見光的情況下,光解沒有限制。

Q2. 什麼引發了光解反應?

答案:光解的化學反應往往是由光線形式的熱量吸收引起的。這導致吸收稱為形成激發狀態的光分子。該狀態包含變化的化學和物理特性,它們與原始分子所表現出的特性截然不同。

Q3. 什麼被定義為初級光化學過程?

答案:初級光化學過程被陳述為光解;然而,光吸收的中間結果是光化學反應。但二次反應被稱為隨後發生的化學變化。

更新於: 23-Jan-2023

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