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光化学反应

1 拼音

guāng huà xué fǎn yìng

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2 注解

大气污染的化学原理比较复杂,它除了与一般的化学反应规律有关外,更多的由于大气中物质吸收了来自太阳辐射能量(光子发生了光化学反应,使污染物成为毒性更大的物质(叫做二次污染物)。光化学反应是由物质的分子吸收光子后所引发的反应。分子吸收光子后,内部的电子发生能级跃迁,形成不稳定的激发态,然后进一步发生离解或其它反应。一般的光化学过程如下:

(1)引发反应产生激发态分子(A*)

A(分子) hv→A*

(2)A*离解产生新物质(C1,C2…)

A*→C1 C2

(3)A*与其它分子(B)反应产生新物质(D1,D2…)

A* B→D1 D2

(4)A*失去能量回到基态而发光(荧光或磷光)

A*→A hv

(5)A* 与其它化学惰性分子(M)碰撞而失去活性

A* M→A M′

反应(1)是引发反应,是分子或原子吸收光子形成激发态A*的反应。引发反应(1)所吸收的光子能量需与分子或原子的电子能级差的能量相适应。物质分子的电子能级差值较大,只有远紫外光、紫外光和可见光中高能部分才能使价电子激发到高能态。即波长小于700 nm才有可能引发光化学反应。产生的激发态分子活性大,可能产生上述(2)~(4)一系列复杂反应。反应(2)和(3)是激发态分子引起的两种化学反应形式,其中反应(2)于大气中光化学反应中最重要的一种,激发分子离解为两个以上的分子、原子或自由基,使大气中的污染物发生了转化或迁移。反应(4)和(5)是激发态分子失去能量的两种形式,结果是回到原来的状态。

大气中的N2,O2和O3能选择性吸收太阳辐射中的高能量光子(短波辐射)而引起分子离解:

N2 hv→N N λ<120 nm

O2 hv→O O λ<240 nm

O3 hv→O2 O λ=220~290 nm

显然,太阳辐射高能量部分波长小于 290 nm的光子因被O2,O3,N2的吸收而不能到达地面。大于800 nm长波辐射(红外线部分)几乎完全被大气中的水蒸气和CO2所吸收。因此只有波长 300~800 nm的可见光波不被吸收,透过大气到达地面。

大气的低层污染物NO2、SO2、烷基亚硝酸(RONO)、醛、酮和烷基过氧化物(ROOR′)等也可发生光化学反应:

NO2 bv→NO· O

HNO2(HONO) hv→NO HO·

RONO hv→NO· RO·

CH2O hv→H· HCO

ROOR′ hv→RO· R′O·

上述光化学反应光吸收一般在 300~400 nm。这些反应与反应物光吸收特性,吸收光的波长等因素有关。应该指出,光化学反应大多比较复杂,往往包含着一系列过程。

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