光化學反應儀發(fā)展成為一種具有*時間分辨率的光譜新技術(shù)——微微秒激光光譜。目前 ,這種光譜新技術(shù)尚處于不斷發(fā)展 ,逐步完善的階段 ,但它在揭示許多化學現(xiàn)象的微觀景像方面 ,已取得了一系列令人鼓舞的實驗結(jié)果 ,受到了化學家、物理學家和生物學家的普遍重視 本文特將這一新技術(shù)作一簡要介紹。
工作原理微微秒激光光譜是在“閃光光譜”方法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。時間分解的閃光光譜 ,成了宏觀化學動力學和微觀化學動力學之間的橋梁。
科學背景化學是創(chuàng)造新物質(zhì)的科學,合成化學是人類認識物質(zhì)和創(chuàng)造物質(zhì)的重要途徑與手段。隨著各種高新技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,人類對物質(zhì)的功能不斷提出新的要求,合成化學的突破和新物種的出現(xiàn)將極大地推動科學發(fā)展和社會進步。傳統(tǒng)的化學是分子處于基態(tài)發(fā)生的化學,而光化學是研究分子和原子電子激發(fā)態(tài)的化學,它所涉及光的波長范圍通常為100—1 000納米,即由深紫外至近紅外波段。激發(fā)態(tài)分子的電子轉(zhuǎn)移、能量傳遞和化學轉(zhuǎn)換廣泛存在于多種光化學、光物理和光生物過程中,電子激發(fā)態(tài)分子的性質(zhì)和光化學反應儀機理、動力學過程往往與基態(tài)分子不同,研究激發(fā)態(tài)分子的性質(zhì)和變化規(guī)律具有重要的科學意義和應用價值。隨著光化學理論的建立和光化學研究技術(shù)的發(fā)展,近紫外和可見光區(qū)的光化學和光物理研究得到快速發(fā)展,光化學在合成化學、材料科學、信息科學、能源科學、生命科學以及環(huán)境科學等領(lǐng)域發(fā)揮了很大作用。但由于缺乏光源,有關(guān)深紫外區(qū)域的光化學研究工作開展得非常少。只有吸收光的分子才能發(fā)生光化學反應儀,這是光化學*定律。迄今為止,化學家們已合成3 000多萬個化合物,其中在紫外和可見光區(qū)有吸收的化合物不到總量的10%。
化學平衡是化學熱力學的核心內(nèi)容。由于該部分內(nèi)容的重要性,它被貫穿于高中化學、本科生無機化學和物理化學的教學中。然而,由于現(xiàn)有教科書缺乏關(guān)于光化學反應儀平衡特殊性的總結(jié),并缺失相應的教學內(nèi),導致學生在面對光化學反應儀的化學平衡問題時,往往會得出錯誤的結(jié)果。光化學反應儀是一類特殊的光化學反應儀,它泛指吸收光能才能實際發(fā)生的光化學反應儀。
該類反應的平衡與一般光化學反應儀(稱為熱光化學反應儀)的平衡相比有其*的規(guī)律。筆者認為,將光化學反應儀平衡的特殊性納入物理化學的教學內(nèi)容是必要的。通過學習討論其特殊性,不僅可使光化學反應儀平衡知識模塊完整化,更有利于學生在物理化學學習中形成以吉布斯判據(jù)為核心的化學熱力學知識框架結(jié)構(gòu),將其融會貫通。1光化學反應儀平衡常數(shù)的推導在定溫、定壓下,ΔrGm(T,p)>0的光化學反應儀不能自發(fā)進行。但是,當環(huán)境對反應系統(tǒng)以合適的方式做非體積功,并達到ΔrGm(T,p)<W'時,該反應可按不可逆方式進行。光化學反應儀只有在接受光的條件下才能實際發(fā)生。為確認反應接受光就是接受非體積功,有必要首先對光能的屬性進行討論。
