تفكك ضوئي

التفكك الضوئي هو جزء من التفاعلات المعتمدة على الضوء لعملية التمثيل الضوئي. التفاعل العام للتفكك الضوئي يمكن ان يعطى على النحو التالي :

H₂A + 2 photons (light) ${\displaystyle \longrightarrow }$ 2e^- + 2H⁺ + A

الطبيعة الكيميائية لـ"A" يتوقف على نوع الكائن. في بكتيريا الكبريت الأرجواني، تتم أكسدة كبريتيد الهيدروجين (H₂S) إلى الكبريت (S). في عملية التمثيل الضوئي الاوكسجيني، الماء (H₂O) هو بمثابة الركيزة للتفكك الضوئي مما يؤدي إلى توليد الأكسجين الحر (O₂). هذه هي العملية التي ترجع الاوكسجين إلى الغلاف الجوي للأرض. يحدث التفكك الضوئي للماء في ثايلاكويد البكتيريا الزرقاء ويخضور(كلوروفيل)الطحالب الخضراء والنباتات.

التفكك الضوئي يحدث أيضا في الغلاف الجوي كجزء من سلسلة من التفاعلات التي تتفاعل فيها الملوثات الأولية مثل الهيدروكربونات وأكاسيد النيتروجين لتشكل الملوثات الثانوية مثل peroxyacyl nitrates. انظر الضباب الدخاني الكيميائي الضوئي.

أهم تفاعلي تفكيك ضوئي في التروبوسفير هما.أولا :

O₃ + hν → O₂ + O(¹D) λ < 320 nm

الذي يولد ذرة الأوكسجين مهيجة والتي يمكن أن تتفاعل مع الماء لإعطاء شق الهيدروكسيل :

O(¹D) + H₂O → 2OH

والهيدروكسيل عنصر أساسي لكيمياء الغلاف الجوي حيث تبدأ أكسدة المواد الهيدروكربونية في الغلاف الجوي، ويكون ذلك بمثابة المنظفات.

ثانيا التفاعل :

NO₂ + hν → NO + O

هو تفاعل رئيسي في تكوين الأوزون في التروبوسفير.

تشكيل طبقة الأوزون هو أيضا ناتج عن الانحلال الضوئي. الأوزون في طبقة الستراتوسفير للأرض يتم إنشاؤه بواسطة الأشعة فوق البنفسجية التي تصطدم بجزيئات الأكسجين التي تحتوي على ذرتي أكسجين (O₂)، وتقسمها إلى ذرات الأكسجين المنفردة (الأكسجين الذري). وبعد ذلك يجمع الأكسجين الذري مع الأكسجين الجزيئي O₂ من أجل تكوين طبقة الأوزون O₃. بالإضافة إلى ذلك، التحلل الضوئي هو العملية التي من خلالها تكسر روابط مركبات الكلور والفلور والكربون (CFCs) في الغلاف الجوي العلوي لتشكل الكلورالحر المدمر للأوزون.

في الفيزياء الفلكية ،التفكك الضوئي هو أحد العمليات الرئيسية التي من خلالها يتم تكسير الجزيئات (ولكن جزيئات جديدة يتم تشكيلها). بسبب الفراغ في الوسط ما بين النجوم، يمكن للجزيئات والجذور الحرة أن تبقى لمدة طويلة. الانحلال الضوئي هو المسار الرئيسي الذي يتم فيه تكسير جزيئات. معدلات الانحلال الضوئي هامة في دراسة تكوين الغيوم بين النجمية والتي يتم فيها تشكيل النجوم.

أمثلة من التفكك الضوئي في وسط النظام النجمي هم(${\displaystyle h\nu }$ هو الرمز العلمي للضوء، وتحديدا الفوتون) :

${\displaystyle H_{2}O+h\nu \rightarrow H+OH}$

${\displaystyle CH_{4}+h\nu \rightarrow CH_{3}+H}$

الفوتونات الفردية في نطاق الأمواج تحت الحمراء عادة ليست نشطة بما فيه الكفاية للتفكك الضوئي المباشر للجزيئات. ومع ذلك، بعد امتصاص فوتونات متعددة في المنطقة تحت الحمراء قد يكتسب الجزيء طاقة داخلية للتغلب على الحاجز للتفكك. يمكن متعددة الفوتون التفكك (MPD) يمكن تحقيقه من خلال تطبيق الليزر عالية الطاقة مثل أشعة ليزر ثاني أكسيد الكربون، أو ليزر الإلكترون الحر، أو من خلال أوقات طويلة من التفاعل مع هذا الجزيء في مجال الإشعاع من دون إمكان لأغراض التبريد السريع، وعلى سبيل المثال عن طريق الاصطدام. الأسلوب الأخير جائزة حتى لMPD الناجم عن إشعاع الجسم الأسود.

الأحماض الضوئية هي جزيئات تخضع لعملية امتصاص البروتونات عند امتصاص الضوء لتشكيل قاغدة ضوئية.

${\displaystyle {\ce {AH ->[h\nu] A^- + H^+}}}$

في هذه التفاعلات يحدث التفكك في الحالة المثارة إلكترونيًا. بعد نقل البروتون والاسترخاء إلى الحالة الإلكترونية القاعية، البروتون والحامض يتحدان ليكونا الأحماض الضوئية مرة أخرى.

الأحماض الضوئية هي مصدر مناسب للحث على قفزات الأس الهيدروجيني في تجارب التحليل الطيفي للليزر فائق السرعة.

تكتشف الأقمار الصناعية التي تدور حاليًا معدل انفجار شعاع جاما واحد في المتوسط يوميًا. نظرًا لأن انفجارات أشعة جاما مرئية للمسافات التي تشمل معظم الكون المرئي، وهو حجم يشمل العديد من بلايين المجرات، فإن هذا يشير إلى أن انفجارات أشعة جاما يجب أن تكون أحداثًا نادرة للغاية لكل مجرة.

من الصعب قياس المعدل الدقيق لانفجارات أشعة جاما، لكن بالنسبة للمجرة التي لها نفس حجم مجرة درب التبانة تقريبًا، فإن المعدل المتوقع (للانفجارات الطويلة) يبلغ حوالي انفجار واحد كل 100,00 إلى 1,000,000 عام. فقط عدد قليل من هؤلاء سوف يبثون باتجاه الأرض. تقديرات معدلات الموارد الوراثية قصيرة الأجل تكون أكثر غموضًا بسبب كسر الحزمة غير المعروف، ولكنها على الأرجح قابلة للمقارنة.[13]

إن انفجار أشعة جاما في درب التبانة، إذا كان قريبًا بما يكفي من الأرض ويتجه نحوها، يمكن أن يكون له تأثيرات كبيرة على المحيط الحيوي. قد يسبب امتصاص الإشعاع في الغلاف الجوي تفككًا ضوئيًا للنيتروجين، مما يولد أكسيد النيتريك الذي سيكون بمثابة محفز لتدمير الأوزون.[14]

التفكك الضوئي في الغلاف الجوي

• ${\displaystyle {\ce {N2 -> 2N}}}$
• ${\displaystyle {\ce {O2 -> 2O}}}$
• ${\displaystyle {\ce {CO2 -> C + 2O}}}$
• ${\displaystyle {\ce {H2O -> 2H + O}}}$
• ${\displaystyle {\ce {2NH3 -> 3H2 + N2}}}$

ينتج عنه

• NO2 (يستهلك ما يصل إلى 400 من جزيئات الأوزون)
• CH2 (الاسمية)
• CH4 (الاسمية)
• CO2

(غير مكتمل) وفقًا لدراسة أجريت عام 2004، يمكن أن تدمر انفجارات أشعة جاما على مسافة فرسخ فلكي ما يصل إلى نصف طبقة الأوزون على الأرض؛ يمكن أن يكون للإشعاع فوق البنفسجي المباشر الناجم عن الانفجار بالإضافة إلى الأشعة فوق البنفسجية الشمسية الإضافية التي تمر عبر طبقة الأوزون المتناقصة، آثار كبيرة محتملة على السلسلة الغذائية وربما يؤدي إلى انقراض جماعي.[15][16] يقدر المؤلفون أنه من المتوقع حدوث انفجار واحد في كل مليار عام، ويفترضون أن حدث انقراض أوردوفيك - سيلوري كان يمكن أن يكون نتيجة لمثل هذا الانفجار.

هناك دلائل قوية على أن انفجارات أشعة غاما الطويلة تحدث بشكل تفضيلي أو حصري في المناطق ذات المعدنية المنخفضة. نظرًا لأن درب التبانة غني بالمعادن منذ تكوين الأرض، فإن هذا التأثير قد يقلل أو حتى يلغي من احتمال حدوث انفجار أشعة غاما طويل داخل درب التبانة خلال مليار سنة مضت.[17] لا توجد مثل هذه التحيزات المعدنية معروفة لرشقات أشعة جاما القصيرة. وبالتالي، بناءً على المعدل المحلي وخصائص الحزمة، قد لا تزال إمكانية حدوث حدث كبير على الأرض القريبة في وقت ما من الزمن الجيولوجي كبيرة.[18]

• الكيمياء الضوئية.

• بوابة علم الأحياء
• بوابة الكيمياء