光化學(xué)是研究光與物質(zhì)相互作用所引起的長(zhǎng)久性化學(xué)效應(yīng)的化學(xué)分支學(xué)科。以下是對(duì)光化學(xué)基本原理與應(yīng)用范圍的詳細(xì)闡述：

　　一、基本原理

　　1.定義：

　　C.H.Wells認(rèn)為，光化學(xué)研究的是“吸收了紫外光或可見(jiàn)光的分子所經(jīng)歷的化學(xué)行為和物理過(guò)程”。

　　N.J.Turro則認(rèn)為“光化學(xué)研究的是電子激發(fā)態(tài)分子的化學(xué)行為和物理過(guò)程”。

　　由于電子激發(fā)態(tài)通常由分子吸收紫外光或可見(jiàn)光形成，所以上述兩種定義的實(shí)質(zhì)是一樣的。

　　2.光化學(xué)過(guò)程：

　　物質(zhì)在可見(jiàn)光或紫外線(xiàn)的照射下，分子吸收光子使電子激發(fā)，由基態(tài)提升到激發(fā)態(tài)，從而引發(fā)化學(xué)反應(yīng)。

　　光化學(xué)過(guò)程可分為初級(jí)過(guò)程和次級(jí)過(guò)程。初級(jí)過(guò)程是分子吸收光子使電子激發(fā)，分子由基態(tài)提升到激發(fā)態(tài)，激發(fā)態(tài)分子的壽命一般較短。光化學(xué)主要與低激發(fā)態(tài)有關(guān)，激發(fā)態(tài)分子可能發(fā)生解離或與相鄰的分子反應(yīng)，也可能過(guò)渡到一個(gè)新的激發(fā)態(tài)上去，這些都屬于初級(jí)過(guò)程，其后發(fā)生的任何過(guò)程均稱(chēng)為次級(jí)過(guò)程。

　　分子處于激發(fā)態(tài)時(shí)，由于電子激發(fā)可引起分子中價(jià)鍵結(jié)合方式的改變，使得激發(fā)態(tài)分子的幾何構(gòu)型、酸度、顏色、反應(yīng)活性或反應(yīng)機(jī)理可能和基態(tài)時(shí)有很大的差別，因此光化學(xué)反應(yīng)比熱化學(xué)反應(yīng)更加豐富多彩。

　　3.重要定律：

　　光化活性原理（光化第一定律）：僅被物質(zhì)吸收的光才能引起光化反應(yīng)。該定律在生物的光化反應(yīng)上也是成立的，如視覺(jué)中暗適應(yīng)周?chē)曈X(jué)的相對(duì)光譜亮度曲線(xiàn)與視紫紅質(zhì)的吸收波譜相一致，光合作用波譜與葉綠素之類(lèi)的吸收波譜甚相對(duì)應(yīng)等。

　　Einstein光化當(dāng)量定律：在初級(jí)光化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中，被活化的分子數(shù)（或原子數(shù)）等于吸收光的量子數(shù)，或者說(shuō)分子對(duì)光的吸收是單光子過(guò)程（電子激發(fā)態(tài)分子壽命很短，吸收第二個(gè)分子的幾率很小），即光化學(xué)反應(yīng)的初級(jí)過(guò)程是由分子吸收光子開(kāi)始的。
 

　　二、應(yīng)用范圍

　　1.合成化學(xué)：光化學(xué)反應(yīng)已經(jīng)廣泛用于合成化學(xué)，由于吸收給定波長(zhǎng)的光子往往是分子中某個(gè)基團(tuán)的性質(zhì)，所以該反應(yīng)提供了使分子中某特定位置發(fā)生反應(yīng)的最佳手段，對(duì)于那些熱化學(xué)反應(yīng)缺乏選擇性或反應(yīng)物可能被破壞的體系，該反應(yīng)更為可貴。

　　2.環(huán)境保護(hù)：大氣污染過(guò)程包含著極其豐富而復(fù)雜的光化學(xué)過(guò)程，例如氟利昂等氟碳化物在高空大氣中光解產(chǎn)物可能破壞臭氧層，產(chǎn)生臭氧層“空洞”。同時(shí)，該反應(yīng)也在環(huán)保領(lǐng)域發(fā)揮著積極作用，如利用該反應(yīng)原理進(jìn)行廢水、廢物處理中的光降解等。

　　3.能源轉(zhuǎn)化：在能源轉(zhuǎn)化領(lǐng)域，該反應(yīng)是一種能夠轉(zhuǎn)化光能為化學(xué)能的過(guò)程，為太陽(yáng)能的利用提供了新的途徑。通過(guò)研究光催化劑和光反應(yīng)體系，可開(kāi)發(fā)有效的光催化材料，用于光解水產(chǎn)生氫氣、光催化二氧化碳還原制備燃料等新能源領(lǐng)域，推動(dòng)可再生能源的發(fā)展。

　　4.醫(yī)藥制造：在醫(yī)藥制造領(lǐng)域，該反應(yīng)儀在活物成分的合成、靶向藥物的合成、抗體藥物的合成以及復(fù)雜天然產(chǎn)物的合成中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。該反應(yīng)器通過(guò)光能激發(fā)催化劑表面的電子，促進(jìn)藥物分子的合成，例如合成各種抗癌藥物、抗生素等。

　　5.信息技術(shù)：光化學(xué)在信息的影像記錄、光刻技術(shù)和該反應(yīng)表面涂層等領(lǐng)域也有廣泛應(yīng)用。例如，銀鹽照相、重氮鹽照相、電子照相、感熱照相和復(fù)印等感光技術(shù)都和光化學(xué)緊密相關(guān)。

　　光化學(xué)的基本原理揭示了光與物質(zhì)相互作用的化學(xué)效應(yīng)，而該反應(yīng)的廣泛應(yīng)用則展示了其在多個(gè)領(lǐng)域中的重要性和價(jià)值。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，光化學(xué)將在更多領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，為人類(lèi)社會(huì)的進(jìn)步和發(fā)展做出更大貢獻(xiàn)。