光化学七章课件.ppt

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1、第七章应用光化学概述内容思考题光化学的应用前景光化学与人们的日常生活密切相关，它涉及到环境、材料、信息和能源等方面，在二十一世纪优先发展的高新技术中占有重要的的位置。应用前景十分广泛。内容一、大气光化学二、生物光化学三、光化学信息储存四、光致变色五、高聚物的光化学六、超分子光化学和光化学分子器件七、半导体和纳米材料1.大气光化学大气的起源与进化大气污染与保护1.1大气的起源不少证据表明，地球上原本并不存在大气。在大气的形成过程中，地球上的火山喷发、太阳光的照射、生物体的出现起到了重要的作用。在大气形成的最初阶段，由

2、于火山喷发物中不含氧，因此最早的大气中必须以N2、CO2和H2O为主，同时有痕量的还原性气体，如H2和CO。在生命出现之前，O2来源于短波紫外线对水的光解：H2O+hv2H+O，然后再生成氧和氢分子。由于O2和CO2可以遮蔽紫外光，这使得O2的浓度上限受到限制，只有现在大气水平的千分之一。光合作用是目前唯一知道的能够使氧的水平上升到现有水平的途径（时间跨度约需20亿年）。1.2大气的进化生命约在75亿年前出现在地球上，当时氧几乎为零，细菌的光合作用的氢源为H2S，随着蓝球藻的繁殖，65亿年前水成为光合作用的新氢源

3、，而同时生成的氧被放到大气中。早期的氧浓度有利于生命的有机前体的发展。17亿年前氧浓度接近现有大气水平，并且在大气层上部出现臭氧层。其中，地球大气中的分子氧可以滤去太阳辐射中波长低于230nm的紫外部分，230-290nm部分则由臭氧滤去。O3的生成决定于生物产生的氧，也与生物产生的致使其破坏的痕量气体有关。总体上可以说，在过去的年代里，生命的形成和生态学是与当时的大气组成相关的，同时生命机体的活动与变化对大气的组成和变化又产生重要的影响。1.3大气平流层大气层可以分为临近地球的对流层（距地表15-20km）及其上

4、面的平流层。臭氧主要存在于平流层中。1.4臭氧层的形成理论1930年，Chapman提出了形成臭氧层的基本过程（左）。其中下面过程中最后给出的反应可以可以被大气中的痕量物质（包括H、OH、NO、Cl等）所催化（右）。1.5臭氧层的破坏人类活动生成了大量的NOx，可破坏臭氧层。氟氯烃（CFCs)的排放，如常用做溶剂及制冷剂的氟氯烃CF2Cl2和CFCl3,它们在化学上表现为惰性，在对流层中的寿命可达50年，一旦进入平流层将受到短波紫外光线的作用发生光解，从而产生原子Cl，产生的Cl参与致使臭氧层破坏的ClOx循环。臭

5、氧层小知识之一什么臭氧层：臭氧是氧气的一种同素异形体(由相同的元素组成，但分子结构不同)。顾名思义，臭氧又一种刺鼻的气味，所以得此恶名。在大气层的10公里到50公里高度的区域，臭氧有相当的浓度，叫做臭氧层。臭氧层破坏的影响：臭氧层被大量损耗后，吸收紫外辐射的能力大大减弱，导致到达地球表面的紫外线明显增加，给人类健康和生态环境带来多方面的的危害，目前已受到人们普遍关注的主要有对人体健康、陆生植物、水生生态系统、生物化学循环、材料、以及对流层大气组成和空气质量等方面的影响。臭氧层小知识之二臭氧由3个氧原子结合而成，绝大

6、部分存在于离地面25-30公里处的大气平流层，被称为臭氧层。臭氧层是法国科学家法布里20世纪初发现的，它能吸收99％以上对人类有害的太阳紫外线，为地球上的生物提供天然保护屏障，使其免遭紫外线的伤害，因而被称为地球保护伞。但是自20世纪70年代以来，臭氧层发生严重耗损，80年代中期科学家首先发现了南极上空的臭氧层空洞。1998年9月中旬到12月中旬，南极上空臭氧层的空洞达到2720万平方公里，是观测史上最大的臭氧层空洞，而且持续时间也最长。臭氧层小知识之三专家们认为，导致臭氧层空洞出现是人类大量使用氯氟烃化学制品(可

7、用于冰箱、空调的制冷剂)引起的恶果。臭氧层破坏是当今全球环境问题之一。为保护臭氧层，国际社会于1985年签署了《保护臭氧层维也纳公约》，并于两年后制定了《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书》，开始在全球范围内限制并逐步淘汰消耗臭氧层的化学物质。由于国际社会采取了切实措施，近年来释放到空气中的氯氟烃开始减少，大气中这种物质的总含量也于2000年达到顶峰后开始下降，南极洲上空的臭氧层空洞开始缩小。1.6对流层中的光化学过程与平流层中的化学过程主要由氧原子和臭氧主宰不同，对流层的化学过程是由氢氧自由基所主宰的。对流层中最

8、终要的光化学活性物种为O3、NO2、和HCHO，它们都能够间接产生OH，从而引发氧化链的形成。1.7光化学烟雾2生物光化学参看书本256-263光合作用部分。3光化学信息储存光化学成像光子型信息存储3.1光化学成像及成像材料用照相术将明暗的景象永久记录下来的方法，是光化学过程中应用最普遍也是最成功的过程之一。光化学成像过程中要用到感光材料，现在已经得到应用或