光化学反应包括什么过程

光化学反应是由物质吸收光子引发的反应过程，其核心步骤可分为初级过程和次级过程，具体如下：

一、初级过程（光吸收与激发）

1. 光激发
   
   分子吸收特定波长的光子后，电子从基态跃迁至激发态，形成高能态分子（如单线态或三线态）。此过程需光子能量与分子电子能级匹配。
   
2. 光物理弛豫
   
   激发态分子可能通过以下方式释放能量：
   

二、次级过程（化学反应与能量转移）

初级过程生成的激发态分子可能触发多种化学反应：

1. 光解离（光致分解） 激发态分子直接离解为原子、自由基或碎片（如O₃分解为O₂和O原子）。 类型：包括光学解离（直接断裂）、预解离（通过中间态断裂）和诱导解离（外部能量介入）。
2. 光氧化还原反应 氧化：激发态分子易失去电子（如羰基化合物光解生成自由基）。 还原：激发态分子接受电子（如光催化CO₂还原为燃料）。
3. 异构化与重排 激发态分子结构改变（如烯烃顺反异构化），常用于合成Z-式烯烃或生物视觉响应过程。
4. 光聚合与环加成 激发态分子通过自由基或能量转移形成聚合物或环状化合物（如2+2环加成生成环丁烷衍生物）。
5. 光催化链式反应 光敏剂（如TiO₂）吸收光能后触发链反应（如光化学烟雾中O₃与烃类生成PAN）。

三、特殊类型与调控

1. 光敏化反应 光敏剂吸收光能后转移至底物，间接引发反应（如生物系统中的光动力作用）。
2. 量子产率调控 反应效率取决于激发态分子参与目标反应的比例，需优化波长、催化剂和反应条件。

总结

光化学反应的核心是光激发→能量弛豫→化学反应的链式过程，其应用涵盖环境污染治理（如光解有机污染物）、能源开发（如光合作用模拟）和材料合成（如光催化制备试剂）。具体路径与产物受分子结构、光波长和环境因素共同影响。

光化学反应是以光子能量驱动分子激发为核心的多步骤过程，主要包括以下阶段：

一、初级光化学过程

1. 光吸收与电子激发
2. 激发态的形成与演化

二、次级过程（能量释放与化学转化）

1. 光物理过程
2. 光化学过程

三、典型反应类型示例

1. 光解反应：羰基化合物的诺瑞什I/II型解离。
2. 光催化循环：催化剂（如TiO₂）吸收光能驱动氧化还原链式反应。
3. 光敏化反应：敏化剂传递能量引发非吸光物质反应（如生物光动力作用）。

四、环境与能源应用中的扩展过程

1. 链式反应：如光化学烟雾中原子氧引发臭氧生成及有机物的连续氧化。
2. 催化降解：污染物通过多次光催化步骤完全矿化为CO₂和H₂O。
3. 能量转化：光合作用中光能→化学能的级联传递与固定。

提示：实际反应路径常涉及多步骤耦合，如大气中光解反应与自由基链式反应的协同作用。完整机理需结合光谱分析、动力学实验（如猝灭法）等验证。

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