光化学反应原理
化学中的光化学反应
化学中的光化学反应光化学反应是指在光的照射下发生的化学反应。
光化学反应通常涉及光能的吸收、传递和转化，从而引起反应物分子结构的改变，生成新的物质。
光化学反应在自然界和人类社会中具有广泛的应用，如光合作用、臭氧层形成、污染控制、能源转换等。
一、基本概念1.光子：光子是光的基本粒子，具有能量、动量和量子。
光子的能量与光的频率成正比，与光的波长成反比。
2.光能吸收：光能吸收是指物质分子在光的照射下，吸收光子能量，从基态跃迁到激发态的过程。
3.光能传递：光能传递是指光能从一个物质分子传递到另一个物质分子的过程，如光合作用中的光能传递。
4.光化学反应速率：光化学反应速率是指在光的照射下，反应物浓度变化的速度。
二、光化学反应类型1.光分解反应：光分解反应是指在光的照射下，反应物分子分解成两个或多个产物的反应。
如氯离子在光照条件下分解成氯气和水。
2.光合成反应：光合成反应是指在光的照射下，两个或多个反应物分子结合生成一个新的物质的反应。
如光合作用中，水和二氧化碳在光照条件下生成葡萄糖和氧气。
3.光致变色反应：光致变色反应是指在光的照射下，物质的颜色发生变化的反应。
如某些有机分子在光照条件下，结构发生改变，导致颜色变化。
4.光氧化还原反应：光氧化还原反应是指在光的照射下，反应物分子发生氧化还原反应，即电子的转移。
如光催化氧化反应，利用光能将反应物氧化成产物。
三、光化学反应的应用1.光合作用：光合作用是绿色植物和某些细菌利用光能将二氧化碳和水转化为葡萄糖和氧气的过程，是地球上生命的基础。
2.臭氧层形成：臭氧层形成是指在地球大气中，紫外线照射下，氧分子分解成氧原子，氧原子与氧分子结合生成臭氧的过程。
3.污染控制：光化学反应在污染控制领域具有重要作用，如光催化氧化技术用于处理工业废水、光分解技术用于去除室内空气污染物等。
4.能源转换：光化学反应在能源转换领域也具有重要意义，如太阳能电池利用光能转化为电能，光化学电池利用光能驱动化学反应产生电能。
光化学反应原理
光化学反应原理光化学反应在环境中主要是受阳光的照射，污染物吸收光子而使该物质分子处于某个电子激发态，而引起与其它物质发生的化学反应。
如光化学烟雾形成的起始反应是二氧化氮（NO2）在阳光照射下，吸收紫外线（波长2900~4300A）而分解为一氧化氮（NO）和原子态氧（O，三重态）的光化学反应，由此开始了链反应，导致了臭氧及与其它有机烃化合物的一系列反应而最终生成了光化学烟雾的有毒产物，如光氧乙酰硝酸酯（PAN）等。
光化学反应的发生必须具备的条件当光照射在物体上时,会发生三种情况:反射、透过和吸收。
在光化学中,只有被分子吸收的光才能引起光化学反应。
因此,光化学反应的发生必须具备两个条件:一是光源,只有光源发出能为反应物分子所吸收的光,光化学反应才有可能进行。
二是反应物分子必须对光敏感(与其分子的结构有关) 。
即反应物分子能直接吸收光源发出的某种波长的光,被激发到较高的能级(激发态) ,从而进行光化学反应。
例如:卤化银能吸收可见光谱里的短波辐射(绿光、紫光、紫外光) 而发生分解:2AgBr=2Ag +Br2这个反应是照像技术的基础。
但卤化银却不受长波辐射(红光) 的影响。
所以,暗室里可用红灯照明。
由此也可看出,光化学反应的一个重要特点是它的选择性,反应物分子只有吸收了特定波长的光才能发生反应。
需要注意的是,有些物质本身并不能直接吸收某种波长的光而进行光化学反应,即对光不敏感。
但可以引入能吸收这种波长光的另外一种物质,使它变为激发态,然后再把光能传递给反应物,使反应物活化从而发生反应。
这样的反应称为感光反应。
能起这样作用的物质叫感光剂。
例如:CO2 和H2O 都不能吸收日光,但植物中的叶绿素却能吸收这样波长的光,并使CO2 和H2O 合成碳水化合物:CO2 + H2O=16 n(C6H12O6) n + O2叶绿素就是植物光合作用的感光剂。
光化学反应物质在可见光或紫外线照射下吸收光能时发生的光化学反应。
光化学反应的原理与应用
光化学反应的原理与应用光化学反应是指在光照条件下发生的化学反应。
光化学反应的原理是光能的吸收和转化，它在自然界和生物体内起着重要的作用。
本文将从光化学反应的基本原理、应用领域和未来发展等方面进行探讨。
一、光化学反应的基本原理光化学反应的基本原理是光能的吸收和转化。
当分子吸收光能时，其内部电子会发生跃迁，从基态跃迁到激发态。
这个过程中，分子的化学键发生变化，从而引发化学反应的发生。
光化学反应的速率与光照强度、波长、反应物浓度等因素有关。
光化学反应的一个重要概念是光化学量子产率，它表示光能转化为化学能的效率。
光化学量子产率与反应物的吸收光谱和发射光谱有关，可以通过实验测定得到。
光化学反应的量子产率高，意味着更多的光能被转化为化学能，这对于光能的利用具有重要意义。
二、光化学反应的应用领域光化学反应在许多领域都有广泛的应用。
其中最常见的应用是光合作用。
光合作用是光化学反应在植物体内的应用，通过光合作用，植物将光能转化为化学能，合成有机物质。
光合作用不仅能够提供植物所需的能量，还能释放氧气，维持地球大气中的氧气含量。
此外，光化学反应还在环境保护、能源开发和药物研究等领域发挥着重要作用。
在环境保护方面，光化学反应可以用于废水处理和大气污染物的降解。
通过光催化剂的作用，光化学反应可以将有害物质转化为无害物质，减少对环境的污染。
在能源开发方面，光化学反应可以用于太阳能的利用。
通过光电化学反应，太阳能可以转化为电能或化学能，为人类提供清洁能源。
此外，光化学反应还可以用于光催化水分解，将水分解为氢气和氧气，为氢能的开发和利用提供了新的途径。
在药物研究方面，光化学反应可以用于光动力疗法。
光动力疗法是一种利用光化学反应来治疗疾病的方法。
通过给药物注射光敏剂，然后利用特定波长的光照射患者体内，光敏剂会吸收光能并产生活性物质，从而杀灭肿瘤细胞或病菌。
三、光化学反应的未来发展随着科学技术的不断进步，光化学反应在未来的发展前景十分广阔。
第十三章：光化学反应..
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激发态的失活
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Advanced Organic Chemistry
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激发态失活的三种方式：
S2 IC ISC S1 hv IC hvf hvp
1、非辐射失(IC/ISC). 2、辐射降级. 3、分子间的能量传递.
T1
ISC S0
激发、失活过程示意图
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Advanced Organic Chemistry
围内变化得到一个宽吸收带，强度满足下式：
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Advanced Organic Chemistry
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电子激发的类型
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Advanced Organic Chemistry
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羰基化合物的多种激发方式：
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Advanced Organic Chemistry
光化学反应要产生化学发光满足的条件:
第一是该反应必须提供足够的激发能, 并由
某一步骤单独提供, 因为前一步反应释放的能量
将因振动弛豫消失在溶液中ห้องสมุดไป่ตู้不能发光;
第二是要有有利的反应过程, 使化学反应的
能量至少能被一种物质所接受并生成激发态;
第三是激发态分子必须具有一定的化学发光
量子效率释放出光子, 或者能够转移它的能量给
光化学反应的特点
1、依分子吸收的光的波长不同，可进行选择性反应； 2、吸收光子得到的能量远远超过吸收热量得到的能量 。
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2 光化学反应一般原理
光化学反应所满足的定律： 1、Gratthus-Draper光化学第一定律：只有被分子 吸收的光能才能有效地引起光化学反应。 2、Einstein-Stark光化学当量定律：一个分子只
光化学反应的基本原理
光化学反应的基本原理光化学反应是上述在光照条件下发生的化学反应。
它们是由光的能量推动的，通常涉及光吸收、电子转移和分子重排等多个步骤。
掌握光化学反应的基本原理，对于理解光合作用、光催化以及其他许多生物和化工过程至关重要。
一、光化学反应的定义与背景光化学反应指的是在光的照射下，物质之间发生的化学变化。
其基本过程是在特定波长的光照射下，分子吸收能量，并通过跃迁到激发态，这一过程通常称为光吸收。
这种激发态的不稳定性使得分子能够进行离解、变构、重排或与其他分子发生反应。
1.1 光化学反应的历史光化学反应的研究可以追溯到19世纪，早期的研究集中在阳光对有机物质变化的影响上。
随着科技的发展，特别是20世纪以来，对于色素和催化剂等方面的深入研究，推动了此领域的发展，使得我们对光能的利用有了更深刻的理解。
1.2 光化学反应的重要性光化学反应在自然界中广泛存在，尤其是在植物的光合作用中。
植物通过捕获阳光，将二氧化碳和水转变为葡萄糖和氧气，这一过程不仅为植物提供了生长所需的能量，也为地球上的大多数生物提供了食物和氧气。
此外，光化学反应在许多工业应用中占据重要地位。
例如，太阳能电池、光催化剂等技术直接利用太阳能进行能源转化和环境净化。
因此，深入理解光化学反应，可以为清洁能源与环境保护提供科学依据。
二、光吸收与激发态2.1 光吸收原理分子会在特定波长的光照射下吸收能源，使其电子从基态跃迁到激发态。
不同分子的电子结构决定了其吸收特定波长的能力，这一现象称为选择性吸收。
当分子吸收足够能量后，其内部电子可跃迁至更高能级，从而形成激发态。
2.2 激发态与反应性激发态是一种高能态，通常比基态不稳定。
在此状态下，分子能够唤起一系列可能的化学变化，例如：键断裂：在某些情况下，激发态能提供足够的能量克服键合能，从而导致分子的裂解。
电子转移：激发态中的电子可转移至其他分子，引起氧化还原反应，这也是许多生物和工业反应中的关键步骤。
重排列：在激发态下，一些分子可能会经历空间构型的改变，使其重排列为新的结构，从而形成新产物。
光化学反应的基本原理
光化学反应的基本原理光化学反应是指在光照条件下发生的化学反应，是光能转化为化学能的过程。
光化学反应在自然界和工业生产中都有着重要的应用，如光合作用、光催化反应等。
光化学反应的基本原理主要包括光激发、电子转移和反应动力学等方面。
一、光激发光激发是光化学反应发生的起始阶段，也是光化学反应的基本原理之一。
当分子或原子吸收光子能量后，电子会从基态跃迁到激发态，形成激发态分子或原子。
在激发态下，分子或原子的化学性质会发生改变，从而促使光化学反应的进行。
光激发的过程中，光的波长和强度对反应的速率和选择性都有重要影响。
二、电子转移电子转移是光化学反应中的关键步骤，也是光化学反应的基本原理之一。
在光激发后，激发态分子或原子中的电子会发生转移，从而引发化学键的断裂或形成。
电子转移过程中，通常会涉及到自由基的生成和消除，以及电子的重新排列等反应。
电子转移的速率和方向对光化学反应的进行起着至关重要的作用。
三、反应动力学反应动力学是描述光化学反应速率和机理的理论基础，也是光化学反应的基本原理之一。
光化学反应的速率受到光照强度、反应物浓度、温度等因素的影响。
根据反应物质的浓度变化和反应速率的关系，可以推导出反应的速率方程和反应级数。
通过研究反应动力学，可以揭示光化学反应的机理和规律，为光化学反应的控制和优化提供理论依据。
四、光合作用光合作用是自然界中最重要的光化学反应之一，是植物利用光能合成有机物质的过程。
在光合作用中，叶绿素吸收光能后，激发电子跃迁到激发态，通过电子转移链和ATP合成酶等酶的作用，最终将二氧化碳和水转化为葡萄糖和氧气。
光合作用不仅是植物生长和发育的基础，也是维持地球生态平衡的重要环节。
五、光催化反应光催化反应是利用光能促进化学反应进行的过程，是光化学反应在工业生产中的重要应用之一。
通过选择合适的光催化剂和反应条件，可以实现一系列有机合成、环境净化、能源转化等反应。
光催化反应具有反应条件温和、选择性高、产物纯度好等优点，受到广泛关注和应用。
光化学实验——认识光化学反应与光合作用的原理
环境保护：通过 光合作用吸收二 氧化碳，减少温 室气体排放，缓 解全球气候变暖。
生态修复：利 用光合作用促 进受损生态系 统的恢复，改 善环境质量。
光化学实验的实践操作
实验材料：光化学反应所需的试剂、溶剂等 实验仪器：光反应装置、光谱仪、分光光度计等 注意事项：确保实验材料和仪器的纯度和精度，遵循实验室安全规范
光化学反应在能源领域的应用，如太阳能电池和燃料的生产。 在环境治理方面的应用，如光催化降解污染物。 在医疗领域的应用，如光动力疗法和光热治疗等。 光化学反应的前景展望，如新型光敏材料的发现和应用领域的拓展。
光合作用的原理
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定义：光合作用是植物、藻类和某些细菌通过光能将二氧来自碳和水转化为有机物和氧气的过程。
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光化学反应的分类：光化学反应可以分为直接光化学反应和间接光化学反应。 直接光化学反应是指物质直接吸收光能而发生的化学反应，而间接光化学反应 则是物质通过光敏剂吸收光能后，再传递给其他物质而发生的化学反应。
光化学反应是利 用光能激发分子， 使其发生化学反 应的过程。
光化学反应的能 量转化涉及到光 能、电能和化学 能之间的相互转 换。
光合作用过程：包括光反应和暗反应两个阶段，光反应在叶绿体类囊体膜上进行，暗反应在 叶绿体基质中进行。
光合作用的意义：为生物界提供能量和氧气，维持大气中氧气和二氧化碳的平衡。
提高农作物产量： 通过改善光合作 用过程，提高农 作物的光能利用 率，增加产量。
生物能源开发： 利用光合作用将 太阳能转化为生 物质能，用于生
记录实验过程中的 各项数据，包括反 应时间、温度、压 力等
对实验数据进行整 理和分类，便于后 续分析
分析实验数据，探 究光化学反应的规 律和机理
光合作用的原理与过程
光合作用的原理与过程光合作用是指植物通过光能转化为化学能的过程，是地球生态系统中最重要的能量来源之一。
它不仅为植物提供了养料和能量，也产生了氧气，并为整个生物界维持了一个稳定的生态平衡。
本文将介绍光合作用的原理与过程，揭示植物如何利用光能合成有机物质的奥秘。
一、光合作用的原理光合作用是一种光化学反应，它基于光能的捕获和转化。
光合作用发生在植物叶绿体中的叶绿素分子上，其中的叶绿素是光合作用发生的关键媒介物质。
光合作用的原理可以概括为以下几个方面：1. 叶绿素吸收光能：叶绿素是一种色素，它能吸收光能并将其转化为植物可利用的能量。
叶绿素能够吸收蓝光和红光的波长，对其他波长的光能则较为不敏感。
2. 光化学反应：当叶绿素分子吸收光能后，光能会激发叶绿素中的电子，使其从基态跃迁到激发态。
这种激发态电子的高能量状态能够驱动一系列光化学反应，从而将光能转化为化学能。
3. 光合酶的作用：光合酶是一种催化剂，它在光合作用中起到重要的作用。
光合酶能够促进光合作用的每一个步骤，加速反应速率，并将反应产物转化为稳定的有机物质。
二、光合作用的过程光合作用的过程可以分为光能吸收、光化学反应和碳固定三个主要阶段。
1. 光能吸收：在这个阶段，叶绿素分子吸收光能，将其转化为植物可利用的能量。
叶绿素分子中的色素基团通过吸收特定波长的光能，使得叶绿素分子中的电子跃迁到激发态，形成激发态电子。
2. 光化学反应：激发态电子将经过一系列光化学反应，逐步释放出能量并被转化为化学反应的驱动力。
这个阶段涉及到多种光合酶的催化作用，包括光系统Ⅰ和光系统Ⅱ等。
3. 碳固定：在光化学反应后，植物利用碳旁路将二氧化碳转化为有机物质，这一过程称为碳固定。
碳固定通过某些酶的催化作用，将二氧化碳和植物细胞内的其他化合物反应生成葡萄糖等有机物质。
通过以上的过程，光合作用完成了光能的捕获和转化，使植物能够合成有机物质，并将其作为能量和营养物质储存起来。
这种能量转化的过程对于整个生物界的生存和发展具有重要的意义。
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光化学反应原理
光化学反应在环境中主要是受阳光的照射，污染物吸收光子而使该物质分子处于某个电子激发态，而引起与其它物质发生的化学反应。
如光化学烟雾形成的起始反应是二氧化氮（NO2）在阳光照射下，吸收紫外线（波长2900~4300A）而分解为一氧化氮（NO）和原子态氧（O，三重态）的光化学反应，由此开始了链反应，导致了臭氧及与其它有机烃化合物的一系列反应而最终生成了光化学烟雾的有毒产物，如光氧乙酰硝酸酯（PAN）等。
光化学反应的发生必须具备的条件
当光照射在物体上时,会发生三种情况:反射、透过和吸收。
在光化学中,只有被分子吸收的光才能引起光化学反应。
因此,光化学反应的发生必须具备两个条件:一是光源,只有光源发出能为反应物分子所吸收的光,光化学反应才有可能进行。
二是反应物分子必须对光敏感(与其分子的结构有关) 。
即反应物分子能直接吸收光源发出的某种波长的光,被激发到较高的能级(激发态) ,从而进行光化学反应。
例如:卤化银能吸收可见光谱里的短波辐射(绿光、紫光、紫外光) 而发生分解:
2AgBr=2Ag +Br2
这个反应是照像技术的基础。
但卤化银却不受长波辐射(红光) 的影响。
所以,暗室里可用红灯照明。
由此也可看出,光化学反应的一个重要特点是它的选择性,反应物分子只有吸收了特定波长的光才能发生反应。
需要注意的是,有些物质本身并不能直接吸收某种波长的光而进行光化学反应,即对光不敏感。
但可以引入能吸收这种波长光的另外一种物质,使它变为激发态,然后再把光能传递给反应物,使反应物活化从而发生反应。
这样的反应称为感光反应。
能起这样作用的物质叫感光剂。
例如:CO2 和H2O 都不能吸收日光,但植物中的叶绿素却能吸收这样波长的光,并使CO2 和H2O 合成碳水化合物:
CO2 + H2O=16 n(C6H12O6) n + O2
叶绿素就是植物光合作用的感光剂。
光化学反应
物质在可见光或紫外线照射下吸收光能时发生的光化学反应。
它可引起化合、分解、电离、氧化、还原等过程。
主要有光合作用和光解作用两类。
光化学反应（二）
光化学反应可引起化合、分解、电离、氧化还原等过程。
主要可分为两类：一类是光合作用，如绿色植物使二氧化碳和水在日光照射下，借植物叶绿素的帮助，吸收光能，合成碳水化合物。
另一类是光分解作用，如高层大气中分子氧吸收紫外线分解为原子氧；染料在空气中的褪色，胶片的感光作用等。
光化学反应（一）
只有在光的作用下才能进行的化学反应,即反应物分子吸收光能以后引起的化学变化,称为
光化学反应,亦称光反应(photoreaction)。
例如,二苯甲酮和异丙醇都很稳定,它们接触时不发生反应,但在光作用下,两者可以进行化学反应。
光化学定律
光化学定律一：只有被分子吸收的光，才能有效地引发光化学反应。
光化学第二定律:在初级过程中,一个被吸收的光子只活化一个分子.
问题一光化学反应
光化学反应是指分子吸收光能后变成激发态而发生各种反应。
光化学反应原理（二）
由于分子在一般条件下处于能量较低的稳定状态，称作基态。
受到光照射后，如果分子能够吸收电磁辐射，就可以提升到能量较高的状态，称作激发态。
如果分子可以吸收不同波长的电磁辐射，就可以达到不同的激发态。
按其能量的高低，从基态往上依次称做第一激发态、第二激发态等等；而把高于第一激发态的所有激发态统称为高激发态。
激发态分子的寿命一般较短，而且激发态越高，其寿命越短，以致于来不及发生化学反应，所以光化学主要与低激发态有关。
激发时分子所吸收的电磁辐射能有两条主要的耗散途径：一是和光化学反应的热效应合并；二是通过光物理过程转变成其他形式的能量。
光物理过程可分为辐射弛豫过程和非辐射弛豫过程。
辐射弛豫过程是指将全部或部分多余的能量以辐射能的形式耗散掉，分子回到基态的过程，如发射荧光或磷光；非辐射弛豫过程是指多余的能量全部以热的形式耗散掉，分子回到基态的过程。
决定一个光化学反应的真正途径往往需要建立若干个对应于不同机理的假想模型，找出各模型体系与浓度、光强及其他有关参量间的动力学方程，然后考察何者与实验结果的相符合程度最高，以决定哪一个是最可能的反应途径。
光化学研究反应机理的常用实验方法，除示踪原子标记法外，在光化学中最早采用的猝灭法仍是非常有效的一种方法。
这种方法是通过被激发分子所发荧光，被其他分子猝灭的动力学测定来研究光化学反应机理的。
它可以用来测定分子处于电子激发态时的酸性、分子双聚化的反应速率和能量的长程传递速率。
由于吸收给定波长的光子往往是分子中某个基团的性质，所以光化学提供了使分子中某特定位置发生反应的最佳手段，对于那些热化学反应缺乏选择性或反应物可能被破坏的体系更为可贵。
光化学反应的另一特点是用光子为试剂，一旦被反应物吸收后，不会在体系中留下其他新的杂质，因而可以看成是“最纯”的试剂。
如果将反应物固定在固体格子中，光化学合成可以在预期的构象(或构型)下发生，这往往是热化学反应难以做到的。
光化学反应原理（一）
光化学是研究光与物质相互作用所引起的永久性化学效应的化学分支学科。
由于历史的和实验技术方面的原因，光化学所涉及的光的波长范围为100～1000纳米，即由紫外至近红外波段。
比紫外波长更短的电磁辐射，如X或γ射线所引起的光电离和有关化学变化，则属于辐射化学的范畴。
至于远红外或波长更长的电磁波，一般认为其光子能量不足以引起光化学过程，因此不属于光化学的研究范畴。
近年来观察到有些化学反应可以由高功率的红外激光所引发，但将其归属于红外激光化学的范畴。
光化学过程是地球上最普遍、量重要的过程之一，绿色植物的光合作用，动物的视觉，涂料与高分子材料的光致变性，以及照相、光刻、有机化学反应的光催化等，无不与光化学过程有关。
近年来得到广泛重视的同位素与相似元素的光致分离、光控功能体系的合成与应用等，更体现了光化学是一个极活跃的领域。
但从理论与实验技术方面来看，在化学各领域中，光化学还很不成熟。
光化学反应与一般热化学反应相比有许多不同之处，主要表现在：加热使分子活化时，体系中分子能量的分布服从玻耳兹曼分布；而分子受到光激活时，原则上可以做到选择性激发，体系中分子能量的分布属于非平衡分布。
所以光化学反应的途径与产物往往和基态热化学反应不同，只要光的波长适当，能为物质所吸收，即使在很低的温度下，光化学反应仍然可以进行。
光化学的初级过程是分子吸收光子使电子激发，分子由基态提升到激发态。
分子中的电子状态、振动与转动状态都是量子化的，即相邻状态间的能量变化是不连续的。
因此分子激发时的初始状态与终止状态不同时，所要求的光子能量也是不同的，而且要求二者的能量值尽可能匹配。