Дипломная работа на тему: Элементарные процессы при лазерном излучении. Поглощение света

Введение

Предметом изучения фотоэлектрохимии в целом являются процессы, протекающие под действием электромагнитного излучения на электродах самой разнообразной природы. Традиционными объектами исследования фотоэлектрохимии являлись реакции фотовозбужденных частиц из раствора на металлических электродах. Электродные реакции - это гетерогенные химические реакции, которые протекают на границе раздела электрод-электролит и сопровождаются переносом электрического заряда через эту границу. Естественно, что эти реакции подчиняются всем основным закономерностям химической кинетики, но имеют свою специфику, которая обусловлена особенностями переноса заряда через границу фаз. Энергетика, а, следовательно, и скорость переноса заряда из одной фазы в другую зависят от разности электрических потенциалов между этими фазами. В результате наряду с обычными переменными химической кинетики - концентрацией, температурой и т.д. - в электрохимической кинетике появляется дополнительная зависимая переменная - электродный потенциал [1]. Эта величина, а вместе с ней и скорость электродной реакции могут весьма сильно изменяться в результате поляризации электрода.

Процессы прохождения электрического тока в физико-химических и электрохимических системах, например, под воздействием внешнего электрического поля, освещения, изменения состава раствора сопровождаются перемещением носителей зарядов. В металлических электродах такими носителями служат электроны. В электролитах заряд переносится ионами.

Если в растворе, находящемся в контакте с электродом, присутствуют фоточувствительные атомы или молекулы, то в результате облучения возможно инициирование электрохимических реакций с участием фотовозбужденных частиц. Кванты света выступают здесь в роли своеобразных дополнительных реагентов, увеличивающих скорость протекания электродных процессов. Изучение электрохимических реакций, в которых принимают участие фотовозбужденные реагенты, имеет значение как в связи с получившими особенное развитие в последние годы прикладными исследованиями, так и в целях более глубокого понимания структуры и свойств фоточувствительных атомов и молекул.

С появлением лазеров сразу же возник вопрос о возможности стимулирования химических реакций действием лазерного излучения. Лазерное излучение отличается от получаемого с помощью других источников (тепловых, газовых), в первую очередь когерентностью, монохроматичностью и большой мощностью. Особый интерес вызвали возможности использовать уникальную монохроматичность для осуществления селективных (резонансных) фотопроцессов, а высокую мощность - для осуществления многофотонных процессов, которые и стимулировали широкие исследования в этих направлениях.

При взаимодействии квантов видимого и ультрафиолетового диапазонов излучения концентрация первичных возбужденных частиц или продуктов диссоциации обычно на много превышают термически равновесные. В этих случаях не возникает вопроса о конкуренции термических реакций с фотохимическим процессом. При этом характерные времена фотохимических процессов сопоставимы с характерным временем столкновительных процессов. Но воздействие на вещество ИК-излучения сопровождается тепловым разогревом, что приводит к еще большей равновесной концентрации колебательно-возбужденных частиц. Поэтому всякий раз возникает вопрос, чем обусловлена реакция под действием ИК-излучения: равновесным тепловым разогревом или участием более реакционно-способных колебательно-возбужденных частиц, генерируемых излучением. Одна из возможностей осуществления фотохимических превращений связана с возбуждением не основных колебательных состояний молекул, а возбужденных.

лазерное электрохимическое осаждение фотохимический

В большинстве литературных источников фотохимические процессы вообще не рассматриваются. В этих книгах считают, что под действием ИК-излучения фотохимические превращения незначительны по сравнению с тепловыми процессами. И только в некоторых из них уделяется хоть какое-то внимание этим процессам. Малый объем экспериментального материала позволяет лишь предположительно обсуждать, по какому механизму протекает процесс лазерного электрохимического осаждение.

В данной курсовой работе рассмотрен ряд фотохимических процессов, возникающих при лазерном осаждении металлов из растворов на электроды.

Оглавление

- Введение

- Элементарные процессы при лазерном излучении

- Поглощение света

- Фотоперенос электрона

- Сольватированный и квазисвободный электроны

- Реакции фотодиссоциации и фотозамещения

- Гомолитические реакции

- Гетеролитические системы

- Обратные связи в лазерной термохимии

- Процессы радиационной химии

- Три стадии радиационно-химического процесса

- Радиолиз воды и других неорганических жидкостей

- Радиационно-химические превращения в гетерогенных системах

- Условия преобладания теплового или фотохимического механизма реакции под действием ИК-излучения

- Радиационная и тепловая заселенности колебательно-возбужденных состояний

- Экспериментальные критерии выбора между тепловым и фотохимическим механизмом реакции Заключение

- Список использованных источников

Заключение

Анализ экспериментальных результатов по изучению химических реакций под действием излучений с длительностями импульсов большими времени колебательно-поступательной релаксации ИК - лазеров при высоких давлениях показывает, что в настоящее время нет надежных и бесспорных доказательств протекания их по фотохимическому, а не по тепловому механизму. При низких давлениях имеется целый ряд процессов, фотохимический механизм которых можно считать доказанным.

Несмотря на то, что химические реакции под действием лазерных ИК-излучений протекают, по-видимому, в основном по тепловому механизму, их закономерности могут существенно отличатся от закономерностей при обычном нагреве, и их изучение, несомненно, представляет большой научный и практический интерес.

Список литературы

1. Гуревич Ю.Я., Плесков Ю.В. Фотоэлектрохимия полупроводников. Москва: Наука. 1983.

. Бугаенко Л.Т. и др. Химия высоких энергий. / Л.Т. Бугаенко, М.Г. Кузьмин, Л.С. Полак. Под общей редакцией Л.С. Полака. Москва: Химия. 1988.364с.

. Карлов Н.В. и др. Лазерная термохимия: [Лекции] / Н.В. Карлов, Н.А. Кириченко, Б.С. Лукьянчук. Москва: Наука. 1992.295с.

. Молин Ю.Н. и другие. Инфракрасная фотохимия. / Ю.Н. Молин, В.Н. Панфилов, А.К. Петров. - Москва: Наука. 1985.253с.

. Ямпольский Ю.П. Излучение лазера и химическая реакция. Москва: "Знание". 1973.62с.

. Турро Н. Дж. Молекулярная фотохимия. Перевод с английского В.А. Белякова и кандидата хим. наук А.Л. Бучаченко. Под редакцией д-ра физ. - мат. наук Р.Ф. Васильева. Москва: Мир, 1967.328с.

. Химическое осаждение металлов из водных растворов. / Под редакцией В.В. Свиридова. Минск: Издательство Университетское. 1987.270с.

. Индуцируемые лазером химические процессы // Галберт Г., Акерхальт Дж., Дэйнен В. и др. // Редактор Дж. Стейнфелд; перевод с англ.Э.Е. Санд-Галиева, под ред.В. В. Коршака, Н.В. Карлова // Москва: Мир; 1984.309с.

. Тепломассоперенос при фазовых и химических превращениях: Сборник научных трудов/ АН БССР, Институт тепло - и массообмена им. А.В. Лыкова. [Редкол.: С.А. Жданок, Л.А. Сергеева]. Минск: ИТМО, 1990.152с.

. Козин Л.Ф. Электроосаждение и растворение многовалентных металлов. /АН УССР, Институт общ. и неорг. химии. Киев: Наук. Думка, 1989.462с.

. Тереньев В.А. Термодинамика водородной связи. Саратов: Издательство Сарат. университета. 1973.258с.

. Гиллет Дж. Фотофизика и фотохимия полимеров: Введение в изучение фотопроцессов в макромолекулах. Пер. с англ. Москва: Мир. 1988.435с.

. Крюков А.И. и др. Фотоперенос электрона и его прикладные аспекты. / А.И. Крюков, В.П. Шерстюк, И.И. Цилунг. Киев: Наукова Думка. 1982. 237с.

. Физическая химия: Современные проблемы // Ежегодник. Под ред. Я.М. Колотыркина // Москва: Химия. 1987.262с.