
【化】 primary photochemical process
初級光化過程(Primary Photochemical Process)是光化學反應的初始階段,指物質吸收光子後直接引發的物理或化學變化。該過程遵循光化學第一定律(Grotthuss-Draper定律),即隻有被物質吸收的光才能引發反應。其核心機制包括三個步驟:(1)分子吸收光子形成激發态;(2)激發态分子通過輻射或非輻射方式釋放能量;(3)可能發生化學鍵斷裂或結構重排(參考《現代光化學基礎》,科學出版社,2020)。
與次級光化過程不同,初級過程不涉及後續的熱反應或鍊式反應,具有納秒級時間尺度的特征(國際純粹與應用化學聯合會術語庫,IUPAC Gold Book)。典型例子包括:臭氧層中的O₂光解生成氧原子、植物光合作用中葉綠素對光能的捕獲。
在工程應用中,初級過程主導着光催化材料的設計原理。例如二氧化钛光催化劑通過吸收紫外光産生電子-空穴對,這一過程被廣泛應用于環境污染物降解(《Advanced Materials》期刊,2023年光催化專刊)。理論建模常采用Franck-Condon原理描述分子受激後的瞬時電子躍遷:
$$ Delta E = h u - frac{1}{2}k(Delta x) $$
其中$h u$為光子能量,$k$為分子振動力常數。該公式解釋了光吸收過程中能量轉化的量子特性(《分子光化學》,Wiley出版社第5版)。
初級光化過程是光化學反應的第一階段,指物質吸收光子後發生的分子激發或解離現象。該過程具有以下核心特征:
光子吸收與能量匹配
分子吸收特定波長的光子後,電子從基态躍遷至激發态。根據普朗克公式,光子能量需與分子能級差匹配:
$$varepsilon = h
u = frac{hc}{lambda}$$
其中$h$為普朗克常數,$lambda$為光波長,$c$為光速。這種量子化特性決定了隻有特定波長的光能引發反應。
激發态形成方式
光敏劑作用 當反應物無法直接吸收光時,需引入光敏劑(如葉綠素)。光敏劑先吸收光子被激發,再通過能量傳遞觸發反應,例如光合作用中CO₂的轉化。
該過程與溫度無關,僅取決于光強度和波長特性。初級過程産生的激發态分子會進一步引發次級反應(如熒光發射、化學反應等),但初級階段本身僅涉及光能到化學能的初始轉換。
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