फोटोडिसोसिएशन

This article is about the chemical process. For the nuclear reaction, see Photodisintegration.

Photodissociation, photolysis, photodecomposition, या photofragmentation एक रासायनिक प्रतिक्रिया है जिसमें एक रासायनिक यौगिक के अणु फोटॉन द्वारा टूट जाते हैं। इसे एक लक्ष्य अणु के साथ एक या एक से अधिक फोटोन की बातचीत के रूप में परिभाषित किया गया है।

Photodissociation दृश्य प्रकाश तक सीमित नहीं है। पर्याप्त ऊर्जा वाला कोई भी फोटॉन किसी रासायनिक यौगिक के रासायनिक बंधों को प्रभावित कर सकता है। चूंकि एक फोटॉन ऊर्जा|फोटॉन की ऊर्जा इसकी तरंग दैर्ध्य के व्युत्क्रमानुपाती होती है, दृश्यमान प्रकाश या उच्चतर ऊर्जा के साथ विद्युत चुम्बकीय विकिरण, जैसे कि पराबैंगनी प्रकाश, एक्स-रे और गामा किरणें ऐसी प्रतिक्रियाओं को प्रेरित कर सकती हैं।

प्रकाश संश्लेषण में प्रकाश-अपघटन

फोटोलिसिस प्रकाश-निर्भर प्रतिक्रियाओं का हिस्सा है | प्रकाश-निर्भर प्रतिक्रिया या प्रकाश चरण या प्रकाश रासायनिक चरण या प्रकाश संश्लेषण की पहाड़ी प्रतिक्रिया। प्रकाश संश्लेषक फोटोलिसिस की सामान्य प्रतिक्रिया फोटॉन के रूप में दी जा सकती है:

${\ce {H2A}}+2{\text{ photons}}\longrightarrow {\ce {2e- + 2H+ + A}}$

A की रासायनिक प्रकृति जीव के प्रकार पर निर्भर करती है। बैंगनी सल्फर बैक्टीरिया हाइड्रोजन सल्फाइड का ऑक्सीकरण करते हैं (H₂S) सल्फर (एस)। ऑक्सीजनिक ​​प्रकाश संश्लेषण में जल (H₂Oफोटोलिसिस के लिए एक सब्सट्रेट के रूप में कार्य करता है जिसके परिणामस्वरूप डाइअॉॉक्सिन का उत्पादन होता है (O₂) यह वह प्रक्रिया है जो पृथ्वी के वायुमंडल में ऑक्सीजन लौटाती है। पानी का प्रकाश-अपघटन सायनोबैक्टीरियम के थायलाकोइड्स और हरे शैवाल और पौधों के क्लोरोप्लास्ट में होता है।

ऊर्जा हस्तांतरण मॉडल

पारंपरिक पहला परिमाणीकरण | अर्ध-शास्त्रीय मॉडल प्रकाश संश्लेषक ऊर्जा हस्तांतरण प्रक्रिया का वर्णन करता है, जिसमें उत्तेजना ऊर्जा प्रकाश-कैप्चरिंग वर्णक अणुओं से प्रतिक्रिया केंद्र अणुओं को चरण-दर-चरण आणविक ऊर्जा सीढ़ी से नीचे ले जाती है।

विभिन्न तरंग दैर्ध्य के फोटॉन की प्रभावशीलता जीव में प्रकाश संश्लेषक वर्णक के अवशोषण स्पेक्ट्रा पर निर्भर करती है। क्लोरोफिल स्पेक्ट्रम के बैंगनी-नीले और लाल भागों में प्रकाश को अवशोषित करते हैं, जबकि गौण वर्णक अन्य तरंग दैर्ध्य को भी पकड़ लेते हैं। लाल शैवाल के फाइकोबिलिन नीले-हरे प्रकाश को अवशोषित करते हैं जो लाल प्रकाश की तुलना में पानी में गहराई से प्रवेश करते हैं, जिससे वे गहरे पानी में प्रकाश संश्लेषण कर सकते हैं। प्रत्येक अवशोषित फोटॉन वर्णक अणु में एक एक्सिटोन (एक उच्च ऊर्जा अवस्था के लिए उत्साहित इलेक्ट्रॉन) के गठन का कारण बनता है। अनुनाद ऊर्जा हस्तांतरण के माध्यम से फोटोसिस्टम II के प्रतिक्रिया केंद्र में एक्साइटन की ऊर्जा को क्लोरोफिल अणु (P680, जहां P वर्णक के लिए और 680 इसके अवशोषण के लिए अधिकतम 680 एनएम) में स्थानांतरित किया जाता है। P680 एक उपयुक्त तरंग दैर्ध्य पर एक फोटॉन को सीधे अवशोषित कर सकता है।

प्रकाश संश्लेषण के दौरान प्रकाश-संचालित रेडॉक्स घटनाओं की एक श्रृंखला में फोटोलिसिस होता है। P680 के सक्रिय इलेक्ट्रॉन (एक्सिटोन) को प्रकाश संश्लेषक इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला के प्राथमिक इलेक्ट्रॉन स्वीकर्ता द्वारा कब्जा कर लिया जाता है और इस प्रकार फोटोसिस्टम II से बाहर निकल जाता है। प्रतिक्रिया को दोहराने के लिए, प्रतिक्रिया केंद्र में इलेक्ट्रॉन को फिर से भरना होगा। यह ऑक्सीजन प्रकाश संश्लेषण के मामले में पानी के ऑक्सीकरण द्वारा होता है। फोटोसिस्टम II (P680*) का इलेक्ट्रॉन-कमी प्रतिक्रिया केंद्र अब तक खोजा गया सबसे मजबूत जैविक ऑक्सीकारक है, जो इसे पानी के रूप में स्थिर अणुओं को तोड़ने की अनुमति देता है। फोटोसिस्टम II के ऑक्सीजन विकसित होने वाले परिसर द्वारा जल-विभाजन प्रतिक्रिया उत्प्रेरित होती है। इस प्रोटीन-बाध्य अकार्बनिक परिसर में चार मैंगनीज आयन, साथ ही कैल्शियम और क्लोराइड आयन कॉफ़ैक्टर्स के रूप में होते हैं। दो पानी के अणुओं को मैंगनीज क्लस्टर द्वारा जटिल किया जाता है, जो तब फोटोसिस्टम II के प्रतिक्रिया केंद्र को फिर से भरने के लिए चार इलेक्ट्रॉन निष्कासन (ऑक्सीकरण) की एक श्रृंखला से गुजरता है। इस चक्र के अंत में मुक्त ऑक्सीजन (O₂) उत्पन्न होता है और पानी के अणुओं के हाइड्रोजन को थायलाकोइड लुमेन (डोलाई के एस-स्टेट आरेख) में छोड़े गए चार प्रोटॉन में परिवर्तित कर दिया गया है। ये प्रोटॉन, साथ ही इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला के साथ युग्मित थायलाकोइड झिल्ली में पंप किए गए अतिरिक्त प्रोटॉन, झिल्ली के पार एक प्रोटॉन ढाल बनाते हैं जो फोटोफॉस्फोराइलेशन को संचालित करता है और इस प्रकार एडेनोसिन ट्राइफॉस्फेट (एटीपी) के रूप में रासायनिक ऊर्जा का उत्पादन करता है। इलेक्ट्रॉन फोटोसिस्टम I के P700 प्रतिक्रिया केंद्र तक पहुँचते हैं जहाँ वे प्रकाश द्वारा फिर से सक्रिय होते हैं। वे एक और इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला से गुजरते हैं और अंत में कोएंजाइम के साथ जुड़ जाते हैं NADP⁺ और थायलाकोइड्स के बाहर प्रोटॉन एनएडीपीएच बनाते हैं। इस प्रकार, जल प्रकाश-अपघटन की शुद्ध ऑक्सीकरण अभिक्रिया को इस प्रकार लिखा जा सकता है:

${\ce {2H2O + 2NADP+}}+8{\text{ photons}}\longrightarrow {\ce {2NADPH + 2H+ + O3}}$

मुक्त ऊर्जा परिवर्तन ($\Delta G$) इस प्रतिक्रिया के लिए प्रति मोल 102 किलोकैलोरी है। चूँकि 700 एनएम पर प्रकाश की ऊर्जा लगभग 40 किलोलोकलरी प्रति मोल फोटॉन है, प्रतिक्रिया के लिए लगभग 320 किलोलोकलरी प्रकाश ऊर्जा उपलब्ध है। इसलिए, उपलब्ध प्रकाश ऊर्जा का लगभग एक तिहाई फोटोलिसिस और इलेक्ट्रॉन हस्तांतरण के दौरान एनएडीपीएच के रूप में कब्जा कर लिया जाता है। परिणामी प्रोटॉन ग्रेडिएंट द्वारा समान मात्रा में एटीपी उत्पन्न होता है। एक उपोत्पाद के रूप में ऑक्सीजन प्रतिक्रिया के लिए आगे किसी काम का नहीं है और इस प्रकार वातावरण में छोड़ दिया जाता है।

क्वांटम मॉडल

2007 में ग्राहम फ्लेमिंग और उनके सहकर्मियों द्वारा एक क्वांटम मॉडल प्रस्तावित किया गया था जिसमें संभावना शामिल है कि प्रकाश संश्लेषक ऊर्जा हस्तांतरण में क्वांटम दोलन शामिल हो सकते हैं, इसकी असामान्य रूप से उच्च प्रकाश संश्लेषक दक्षता को समझाते हुए। फ्लेमिंग के अनुसार इस बात के प्रत्यक्ष प्रमाण हैं कि प्रकाश संश्लेषण के दौरान उल्लेखनीय रूप से लंबे समय तक चलने वाली तरंग जैसी इलेक्ट्रॉनिक क्वांटम सुसंगतता ऊर्जा हस्तांतरण प्रक्रियाओं में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है, जो ऊर्जा हस्तांतरण की अत्यधिक दक्षता की व्याख्या कर सकती है क्योंकि यह सिस्टम को कम नुकसान के साथ सभी संभावित ऊर्जा मार्गों का नमूना लेने में सक्षम बनाता है। , और सबसे कुशल चुनें। हालाँकि, यह दावा कई प्रकाशनों में गलत साबित हुआ है। टोरंटो विश्वविद्यालय में ग्रेगरी स्कोल्स और उनकी टीम द्वारा इस दृष्टिकोण की और जांच की गई है, जिसने 2010 की शुरुआत में शोध परिणामों को प्रकाशित किया जो इंगित करता है कि कुछ समुद्री शैवाल क्वांटम सुसंगतता का उपयोग करते हैं दक्षता बढ़ाने के लिए क्वांटम-सुसंगत इलेक्ट्रॉनिक ऊर्जा हस्तांतरण (ईईटी) उनके ऊर्जा दोहन के बारे में।

फोटो प्रेरित प्रोटॉन स्थानांतरण

फोटोएसिड अणु होते हैं जो प्रकाश अवशोषण पर फोटोबेस बनाने के लिए एक प्रोटॉन स्थानांतरण से गुजरते हैं।

<केम>एएच ->[h\nu] ए^- + एच^+</केम>

इन प्रतिक्रियाओं में पृथक्करण इलेक्ट्रॉनिक रूप से उत्तेजित अवस्था में होता है। इलेक्ट्रॉनिक ग्राउंड अवस्था में प्रोटॉन स्थानांतरण और विश्राम के बाद, प्रोटॉन और एसिड फिर से फोटोएसिड बनाने के लिए पुनर्संयोजन करते हैं।

अल्ट्राफास्ट लेजर स्पेक्ट्रोस्कोपी प्रयोगों में पीएच कूद को प्रेरित करने के लिए फोटोएसिड एक सुविधाजनक स्रोत है।

वातावरण में प्रकाश-अपघटन

फोटोलिसिस वातावरण में प्रतिक्रियाओं की एक श्रृंखला के हिस्से के रूप में होता है जिसके द्वारा प्राथमिक प्रदूषक जैसे हाइड्रोकार्बन और नाइट्रोजन ऑक्साइड माध्यमिक प्रदूषक जैसे पेरोक्सीसिल नाइट्रेट्स बनाने के लिए प्रतिक्रिया करते हैं। फोटोकैमिकल स्मॉग देखें।

क्षोभमंडल में दो सबसे महत्वपूर्ण फोटोडिसोसिएशन प्रतिक्रियाएं सबसे पहले हैं:

${\ce {O3}}+h\nu \longrightarrow {\ce {O2 + O(^1D)}}\quad \lambda <320{\text{ nm}}$

जो एक उत्तेजित ऑक्सीजन परमाणु उत्पन्न करता है जो हाइड्रॉक्सिल रेडिकल देने के लिए पानी के साथ प्रतिक्रिया कर सकता है:

<केम>ओ(^1डी) + एच2ओ -> 2 ^{*} ओह</केम>

हाइड्रॉक्सिल रेडिकल वायुमंडलीय रसायन विज्ञान के लिए केंद्रीय है क्योंकि यह वातावरण में हाइड्रोकार्बन के ऑक्सीकरण की शुरुआत करता है और इसलिए डिटर्जेंट के रूप में कार्य करता है।

दूसरी प्रतिक्रिया:

${\ce {NO2}}+h\nu \longrightarrow {\ce {NO + O}}$

क्षोभमंडल ओजोन के निर्माण में एक महत्वपूर्ण प्रतिक्रिया है।

ओजोन परत का निर्माण भी प्रकाश पृथक्करण के कारण होता है। पृथ्वी के समताप मंडल में ओजोन दो ऑक्सीजन परमाणुओं से युक्त पराबैंगनी प्रकाश से टकराने वाले ऑक्सीजन अणुओं द्वारा बनाई गई है (O₂), उन्हें अलग-अलग ऑक्सीजन परमाणुओं (परमाणु ऑक्सीजन) में विभाजित करना। परमाणु ऑक्सीजन तब अटूट के साथ मिलती है O₂ ओजोन बनाने के लिए, O₃. इसके अलावा, फोटोलिसिस वह प्रक्रिया है जिसके द्वारा क्लोरोफ्लोरोकार्बन ऊपरी वायुमंडल में टूटकर ओजोन को नष्ट करने वाले क्लोरीन मुक्त कण बनाते हैं।

खगोल भौतिकी

खगोल भौतिकी में, फोटोडिसोसिएशन प्रमुख प्रक्रियाओं में से एक है जिसके माध्यम से अणु टूट जाते हैं (लेकिन नए अणु बन रहे हैं)। इंटरस्टेलर माध्यम के निर्वात के कारण, अणु और मुक्त कण लंबे समय तक मौजूद रह सकते हैं। फोटोडिसोसिएशन मुख्य मार्ग है जिसके द्वारा अणु टूट जाते हैं। अंतरतारकीय बादलों की संरचना के अध्ययन में फोटोडिसोसिएशन दर महत्वपूर्ण हैं जिसमें तारे बनते हैं।

अंतरतारकीय माध्यम में फोटोडिसोसिएशन के उदाहरण हैं (hν आवृत्ति के एकल फोटॉन की ऊर्जा है ν):

<केम>H2O ->[h\nu] H + OH</केम>

<केम>CH4 ->[h\nu] CH3 + H</केम>

वायुमंडलीय गामा-किरणों का फटना

वर्तमान में परिक्रमा करने वाले उपग्रह प्रतिदिन औसतन लगभग एक गामा-किरण फटने का पता लगाते हैं। क्योंकि गामा-किरणों का फटना अधिकांश देखने योग्य ब्रह्मांड को घेरने वाली दूरियों के लिए दृश्यमान है, एक मात्रा जिसमें कई अरब आकाशगंगाएँ शामिल हैं, इससे पता चलता है कि गामा-किरणों का फटना प्रति आकाशगंगा में अत्यधिक दुर्लभ घटनाएँ होनी चाहिए।

गामा-किरणों के फटने की सटीक दर को मापना मुश्किल है, लेकिन आकाशगंगा के लगभग समान आकार की आकाशगंगा के लिए, अपेक्षित दर (लंबे जीआरबी के लिए) हर 100,000 से 1,000,000 वर्षों में लगभग एक फट जाती है। इनमें से केवल कुछ प्रतिशत ही पृथ्वी की ओर बीमित होंगे। अज्ञात बीमिंग अंश के कारण लघु जीआरबी की दरों का अनुमान और भी अनिश्चित है, लेकिन संभवतः तुलनीय है। आकाशगंगा में एक गामा-किरण का विस्फोट, यदि पृथ्वी के काफी करीब हो और उसकी ओर बीम हो, तो जीवमंडल पर महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ सकता है। वायुमंडल में विकिरण के अवशोषण से नाइट्रोजन का फोटोडिसोसिएशन होगा, जिससे नाइट्रिक ऑक्साइड उत्पन्न होगा जो ओजोन को नष्ट करने के लिए उत्प्रेरक का काम करेगा। वायुमंडलीय फोटोडिसोसिएशन

• <केम>एन2 -> 2एन</केम>
• <केम>O2 -> 2O</केम>
• <केम>CO2 -> C + 2O</केम>
• <केम>H2O -> 2H + O</केम>
• <केम>2NH3 -> 3H2 + N2</केम>

उपज होगा

• ना₂ (400 ओजोन अणुओं तक की खपत करता है)
• सीएच₂ (नाममात्र)
• सीएच₄ (नाममात्र)
• सीओ₂

(अपूर्ण)

2004 के एक अध्ययन के अनुसार, लगभग एक पारसेक की दूरी पर एक जीआरबी पृथ्वी की ओजोन परत के आधे हिस्से को नष्ट कर सकता है; विस्फोट से प्रत्यक्ष यूवी विकिरण कम ओजोन परत से गुजरने वाले अतिरिक्त सौर यूवी विकिरण के साथ खाद्य श्रृंखला पर संभावित रूप से महत्वपूर्ण प्रभाव डाल सकता है और संभावित रूप से बड़े पैमाने पर विलुप्त होने का कारण बन सकता है। लेखकों का अनुमान है कि प्रति अरब वर्षों में इस तरह के एक विस्फोट की उम्मीद है, और अनुमान है कि ऑर्डोविशियन-सिलूरियन विलुप्त होने की घटना इस तरह के विस्फोट का परिणाम हो सकती है।

इस बात के पुख्ता संकेत हैं कि लंबे गामा-किरणों का फटना अधिमानतः या विशेष रूप से कम धात्विकता वाले क्षेत्रों में होता है। क्योंकि मिल्की वे पृथ्वी के बनने से पहले से धातु से समृद्ध रहा है, यह प्रभाव पिछले अरब वर्षों के भीतर मिल्की वे के भीतर एक लंबी गामा-किरण फटने की संभावना को कम या समाप्त कर सकता है। लघु गामा-किरण फटने के लिए ऐसी कोई धात्विकता पूर्वाग्रह ज्ञात नहीं है। इस प्रकार, उनकी स्थानीय दर और बीमिंग गुणों के आधार पर, भूगर्भीय समय में किसी बिंदु पर पृथ्वी पर एक नजदीकी घटना के बड़े प्रभाव की संभावना अभी भी महत्वपूर्ण हो सकती है।

एकाधिक-फोटॉन हदबंदी

इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रल रेंज में सिंगल फोटॉन आमतौर पर अणुओं के प्रत्यक्ष फोटोडिसोसिएशन के लिए पर्याप्त ऊर्जावान नहीं होते हैं। हालांकि, कई अवरक्त फोटॉनों के अवशोषण के बाद एक अणु पृथक्करण के लिए अपनी बाधा को दूर करने के लिए आंतरिक ऊर्जा प्राप्त कर सकता है। बहु-फोटॉन पृथक्करण (एमपीडी; अवरक्त विकिरण के साथ अवरक्त मल्टीफ़ोटोन पृथक्करण) उच्च-शक्ति वाले लेज़रों को लागू करके प्राप्त किया जा सकता है, उदा। एक कार्बन डाइऑक्साइड लेजर, या एक मुक्त-इलेक्ट्रॉन लेजर, या तेजी से शीतलन की संभावना के बिना विकिरण क्षेत्र के साथ अणु की लंबी बातचीत के समय, उदा। टक्करों से। बाद की विधि ब्लैक-बॉडी रेडिएशन से प्रेरित एमपीडी के लिए भी अनुमति देती है, एक तकनीक जिसे ब्लैकबॉडी इंफ्रारेड रेडिएटिव डिसोसिएशन (बीआईआरडी) कहा जाता है।

यह भी देखें

• फ्लैश फोटोलिसिस
• फोटोकैटलिसिस
• फोटोकैमिस्ट्री
• फोटोहाइड्रोजन