
【化】 infrared photochemistry
【電】 infrared; infrared light
chemistry
【化】 chemistry
【醫】 chemistry; chemo-; spagyric medicine
紅外光化學(Infrared Photochemistry)是指研究物質在紅外光輻射作用下發生的化學變化及其機理的學科分支。紅外光波長範圍通常為700 nm至1 mm,對應分子振動-轉動能級的躍遷。該領域聚焦于紅外光子與分子相互作用時誘導的特定化學鍵活化、能量轉移路徑及反應動力學過程。
根據國際純粹與應用化學聯合會(IUPAC)的定義,紅外光化學反應需滿足兩個核心條件:一是反應體系必須吸收紅外輻射能量,二是吸收的能量需直接參與化學鍵斷裂或重組過程。例如在低溫基質隔離實驗中,紅外激光可選擇性激發C-H鍵的伸縮振動模式,誘導特定異構化反應。
該技術在現代化學中的應用包括:
美國化學會《化學評論》期刊指出,飛秒紅外激光技術的突破使研究者能夠實時觀測過渡态結構演變,這對理解光合作用初期反應機制具有重要意義。中國科學出版社《分子光譜學》教材中特别強調紅外光化學在環境污染物降解方面的潛在應用價值。
“紅外光化學”是一個複合詞,結合了“紅外光”和“光化學”兩個概念。以下是分點解釋:
光化學基礎
光化學是物理化學的分支,研究物質因吸收光(電磁輻射)引發的化學反應。這類反應通常具有高選擇性和高效性,例如紫外光引發的高分子聚合。
紅外光的特性
紅外光是波長介于0.77-1000微米的電磁波,分為近、中、遠紅外區。其光子能量較低,但穿透性強,易被物質吸收轉化為熱能。
紅外光化學的特殊性
傳統光化學多依賴紫外/可見光的高能量直接斷鍵,而紅外光化學可能通過兩種機制實現:
應用與限制
目前紅外光化學應用較少,因光子能量低難以直接引發電子躍遷。但紅外光在光熱協同催化、生物組織光療(如紅外光動力療法)中有探索性研究。
公式補充
紅外光子能量計算:
$$
E = frac{hc}{lambda}
$$
其中$h$為普朗克常數,$c$為光速,$lambda$為波長。紅外光(以10μm為例)能量約為0.12 eV,遠低于可見光(1.6-3.1 eV),難以直接引發多數化學鍵斷裂。
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