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讲座五
第一节大气环境化学选讲
光化学烟雾
(2008年,西城分院,王振山)
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一、光化学反应基础
什么是光化学反应?
分子、原子、自由基或离子等化学物种,
在吸收光子而发生的化学反应称光化学反
应。大气光化学反应分为两个过程。
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初级过程:化学物种吸收光量子形
成激发态物种,其基本步骤为:
分子接受光能后可能产生三种能量
跃迁:电子的(UV- vis),振动的(IR),
转动的(NMR),只有电子跃迁才能产生激
发态物种。因此,吸收红外辐射不
可能发生光化学反应。
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激发态物种能发生如下反应:
①、光物理过程
辐射跃迁,通过辐射磷光或荧光失活
碰撞失活,为无辐射跃迁
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②、光化学过程
光离解,生成新物质
例如
与其它分子反应生成新物种
例如
叶绿素
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次级过程
初级过程中反应物与生成物之间进一
步发生的反应,如大气中HCl的光化学反
应过程:
(初级过程)
(次级过程)
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2、大气中重要吸光物质的光离解 大气光化学反应的规律
当激发态分子的能量足够使分子内的化学键断裂,即光子的能量大于化学键键能时才能引起光离解反应。
其次,为使分子产生有效的光化学反应,光还必须被所作用的分子吸收,即分子对某特定波长的光要有特征吸收光谱,才能产生光化学反应。
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光量子能量与化学键之间的关系
光量子能量
c—光速 ×1010 cm/s,λ—光量子波长,
h—普朗克常数,×10-34J·S /光量子
若一个分子吸收一个光量子,1mol分子吸
收的总能量:
(N0—×1023)
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若λ= 400 nm, E = kJ/mol
λ= 700 nm, E = kJ/mol
通常化学键的能量大于 kJ/mol
,所以波长大于700 nm 的光就不能
引起光化学离解。
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对紫外线的利用
紫外线具有杀菌功效。波长为300nm的紫外光的光子所具有的能量约为399kJ/mol,它比细菌的蛋白质分子中重要的化学键C-C(347 kJ/mol)、C-N(305 kJ/mol)和C-S(259 kJ/mol)键的键能大,因此紫外光的能量足以使这些化学键断裂,从而破坏细菌的蛋白质分子,达到杀菌的目的。