光化學反應又稱光化作用，是指物質由於光的作用而引起的化學反應。即物質在可見光或紫外線的照射下吸收光能而發生的化學反應。例如碳水化合物的合成，染料在空氣中的褪色，膠片的感光作用等。範圍很廣，可能是化合、分解、氧化、還原等化學反應。主要有光合作用和光解作用兩種。
基本介紹
- 中文名：光化學反應
- 外文名：photochemical reaction
- 基本定律：光化學第一、二定律等
- 種類：光合作用；分解作用
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概念
所謂光化學反應是指由一個原子、分子、自由基或離子吸收一個光子所引發的化學反應。
類型
有機合成中的反應
目前，有機合成中常見的光化學反應有光氧化反應、光還原反應、光聚合反應和光取代反應等。
光氧化反應是在光照射、光敏劑作用下，有機物分子與氧繁盛的加成反應。光氧化反應條件溫和，不需要化學劑和重金屬催化劑，在藥物、香精、洗滌劑和染料等精細化學品的合成方面已屢見報導。
光還原反應是在光催化下，有機物分子從供氧體中抽取氫分子而發生的還原反應。目前研究較多的是羥基化合物的光還原反應，例如雙苯酮在二苯甲醇中發生光還原反應可得到四苯基乙醇。
光取代反應常見的是脂肪烴的光濾代制氯代烴，如CH4氯代為一氯代甲烷、二氯甲烷、氯仿和四氯化碳。t通過光取代反應可製備多種清潔劑、殺蟲劑、抗氧劑和中間體，這些反應具有較其他途徑溫和、回收率高和選擇性好等特點，有的產物甚至是非光氯化反應所不能產生的，因而在工業生產上極有潛力。
環境化學中的反應
因人類生活和生產造成的環境污染正困擾著人類，如大海漂浮的油污正在危害我們的海洋資源：廢棄的塑膠製品正在給人類帶來一場白色污染；汽車排出的尾氣時刻威脅我們的身體健康等。目前，環境化學中的光化學反應主要有光氧化反應、光降解反應和光氧-微生物降解反應。
光氧化降解反應是在光作用下，氧化將有機物分子如芳醛、芳醇和芳烴氧化為氫過氧化物。氫過氧化物易溶於水，因具有很高的生物化學活性而已被消化掉，脂肪族有機化合物也可被氧化成小分子酸、醛甚至能被深度降解為CO2、H2O，直接進入自然界的生物循環。
微生物化學也是環境化學的一個重要分支，在有機合成和廢物處理等領域都有著廣泛的套用且成效顯著。光氧-微生物降解存在套用面窄的缺點，所降解塑膠需要具有光敏基團或易與微生物作用的結構，因而其套用也受到一定的條件限制。但從目前塑膠產業的發展趨勢看，降解塑膠的代替傳統塑膠套用於包裝行業及農業是必然的。
原理
（1）引發反應產生激發態分子（A*）
A（分子）+hv→A*
（2）A*離解產生新物質（C1，C2…）
A*→C1+C2+…
（3）A*與其它分子（B）反應產生新物質（D1，D2…）
A*+B→D1+D2+…
A*→A+hv
（5）A* 與其它化學惰性分子（M）碰撞而失去活性
A*+M→A+M′
反應（1）是引發反應，是分子或原子吸收光子形成激發態A*的反應。引發反應（1）所吸收的光子能量需與分子或原子的電子能級差的能量相適應。物質分子的電子能級差值較大，只有遠紫外光、紫外光和可見光中高能部分才能使價電子激發到高能態。即波長小於700 nm才有可能引發光化學反應。產生的激發態分子活性大，可能產生上述（2）～（4）一系列複雜反應。反應（2）和（3）是激發態分子引起的兩種化學反應形式，其中反應（2）於大氣中光化學反應中最重要的一種，激發分子離解為兩個以上的分子、原子或自由基，使大氣中的污染物發生了轉化或遷移。反應（4）和（5）是激發態分子失去能量的兩種形式，結果是回到原來的狀態。
N2+hv→N+N λ<120 nm
O2+hv→O+O λ<240 nm
O3+hv→O2+O λ=220～290 nm
顯然，太陽輻射高能量部分波長小於 290 nm的光子因被O2，O3，N2的吸收而不能到達地面。大於800 nm長波輻射（紅外線部分）幾乎完全被大氣中的水蒸氣和CO2所吸收。因此只有波長 300～800 nm的可見光波不被吸收，透過大氣到達地面。
大氣的低層污染物NO2、SO2、烷基亞硝酸（RONO）、醛、酮和烷基過氧化物（ROOR′）等也可發生光化學反應：
NO2+bv→NO·+O
HNO2（HONO）+hv→NO+HO·
RONO+hv→NO·+RO·
CH2O+hv→H·+HCO
ROOR′+hv→RO·+R′O·
作用
光化學反應可引起化合、分解、電離、氧化還原等過程。主要可分為兩類：一類是光合作用，如綠色植物使二氧化碳和水在日光照射下，借植物葉綠素的幫助，吸收光能，合成碳水化合物。另一類是光分解作用，如高層大氣中分子氧吸收紫外線分解為原子氧；染料在空氣中的褪色，膠片的感光作用等。
基本定律
只有被體系內分子吸收的光，才能有效地引起該體系的分子發生光化學反應，此定律雖然是定性的，但卻是近代光化學的重要基礎。該定律在1818年由Grotthus和Draper提出,故又稱為Grotthus-Draper定律.
在初級過程中,一個被吸收的光子只活化一個分子.該定律在1908～1912年由Einstein和Stark提出,故又稱為 Einstein-Stark定律.
