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光化学反应仪是“宏观”“微观”化学动力学的桥梁
  • 发布日期:2017-08-01      浏览次数:743
    •   光化学反应仪发展成为一种具有极高时间分辨率的光谱新技术——微微秒激光光谱。目前 ,这种光谱新技术尚处于不断发展 ,逐步完善的阶段 ,但它在揭示许多化学现象的微观景像方面 ,已取得了一系列令人鼓舞的实验结果 ,受到了化学家、物理学家和生物学家的普遍重视 本文特将这一新技术作一简要介绍。
        工作原理微微秒激光光谱是在“闪光光谱”方法的基础上发展起来的。时间分解的闪光光谱 ,成了宏观化学动力学和微观化学动力学之间的桥梁。
        科学背景化学是创造新物质的科学,合成化学是人类认识物质和创造物质的重要途径与手段。随着各种高新技术和产业的发展,人类对物质的功能不断提出新的要求,合成化学的突破和新物种的出现将极大地推动科学发展和社会进步。传统的化学是分子处于基态发生的化学,而光化学是研究分子和原子电子激发态的化学,它所涉及光的波长范围通常为100—1 000纳米,即由深紫外至近红外波段。激发态分子的电子转移、能量传递和化学转换广泛存在于多种光化学、光物理和光生物过程中,电子激发态分子的性质和光化学反应仪机理、动力学过程往往与基态分子不同,研究激发态分子的性质和变化规律具有重要的科学意义和应用价值。随着光化学理论的建立和光化学研究技术的发展,近紫外和可见光区的光化学和光物理研究得到快速发展,光化学在合成化学、材料科学、信息科学、能源科学、生命科学以及环境科学等领域发挥了很大作用。但由于缺乏光源,有关深紫外区域的光化学研究工作开展得非常少。只有吸收光的分子才能发生光化学反应仪,这是光化学*定律。迄今为止,化学家们已合成3 000多万个化合物,其中在紫外和可见光区有吸收的化合物不到总量的10%。
        化学平衡是化学热力学的核心内容。由于该部分内容的重要性,它被贯穿于高中化学、本科生无机化学和物理化学的教学中。然而,由于现有教科书缺乏关于光化学反应仪平衡特殊性的总结,并缺失相应的教学内,导致学生在面对光化学反应仪的化学平衡问题时,往往会得出错误的结果。光化学反应仪是一类特殊的光化学反应仪,它泛指吸收光能才能实际发生的光化学反应仪。
        该类反应的平衡与一般光化学反应仪(称为热光化学反应仪)的平衡相比有其独特的规律。笔者认为,将光化学反应仪平衡的特殊性纳入物理化学的教学内容是必要的。通过学习讨论其特殊性,不仅可使光化学反应仪平衡知识模块完整化,更有利于学生在物理化学学习中形成以吉布斯判据为核心的化学热力学知识框架结构,将其融会贯通。1光化学反应仪平衡常数的推导在定温、定压下,ΔrGm(T,p)>0的光化学反应仪不能自发进行。但是,当环境对反应系统以合适的方式做非体积功,并达到ΔrGm(T,p)<W'时,该反应可按不可逆方式进行。光化学反应仪只有在接受光的条件下才能实际发生。为确认反应接受光就是接受非体积功,有必要首先对光能的属性进行讨论。
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