
【化】 infrared photochemistry
【电】 infrared; infrared light
chemistry
【化】 chemistry
【医】 chemistry; chemo-; spagyric medicine
红外光化学(Infrared Photochemistry)是指研究物质在红外光辐射作用下发生的化学变化及其机理的学科分支。红外光波长范围通常为700 nm至1 mm,对应分子振动-转动能级的跃迁。该领域聚焦于红外光子与分子相互作用时诱导的特定化学键活化、能量转移路径及反应动力学过程。
根据国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)的定义,红外光化学反应需满足两个核心条件:一是反应体系必须吸收红外辐射能量,二是吸收的能量需直接参与化学键断裂或重组过程。例如在低温基质隔离实验中,红外激光可选择性激发C-H键的伸缩振动模式,诱导特定异构化反应。
该技术在现代化学中的应用包括:
美国化学会《化学评论》期刊指出,飞秒红外激光技术的突破使研究者能够实时观测过渡态结构演变,这对理解光合作用初期反应机制具有重要意义。中国科学出版社《分子光谱学》教材中特别强调红外光化学在环境污染物降解方面的潜在应用价值。
“红外光化学”是一个复合词,结合了“红外光”和“光化学”两个概念。以下是分点解释:
光化学基础
光化学是物理化学的分支,研究物质因吸收光(电磁辐射)引发的化学反应。这类反应通常具有高选择性和高效性,例如紫外光引发的高分子聚合。
红外光的特性
红外光是波长介于0.77-1000微米的电磁波,分为近、中、远红外区。其光子能量较低,但穿透性强,易被物质吸收转化为热能。
红外光化学的特殊性
传统光化学多依赖紫外/可见光的高能量直接断键,而红外光化学可能通过两种机制实现:
应用与限制
目前红外光化学应用较少,因光子能量低难以直接引发电子跃迁。但红外光在光热协同催化、生物组织光疗(如红外光动力疗法)中有探索性研究。
公式补充
红外光子能量计算:
$$
E = frac{hc}{lambda}
$$
其中$h$为普朗克常数,$c$为光速,$lambda$为波长。红外光(以10μm为例)能量约为0.12 eV,远低于可见光(1.6-3.1 eV),难以直接引发多数化学键断裂。
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