Photodissociation
ફોટોડિસોસિયેશન, ફોટોલિસિસ, ફોટોડીકોમ્પોઝિશન અથવા ફોટોફ્રેગમેન્ટેશન એ એક રાસાયણિક પ્રતિક્રિયા છે જેમાં રાસાયણિક સંયોજનના અણુઓ ફોટોન દ્વારા તૂટી જાય છે. તેને એક લક્ષ્ય પરમાણુ સાથે એક અથવા વધુ ફોટોનની ક્રિયાપ્રતિક્રિયા તરીકે વ્યાખ્યાયિત કરવામાં આવે છે. ફોટોડિસોસિયેશન દૃશ્યમાન પ્રકાશ સુધી મર્યાદિત નથી. પૂરતી ઊર્જા ધરાવતો કોઈપણ ફોટોન રાસાયણિક સંયોજનના રાસાયણિક બંધને અસર કરી શકે છે. ફોટોનની ઊર્જા તેની તરંગલંબાઇના વ્યસ્ત પ્રમાણમાં હોવાથી, દૃશ્યમાન પ્રકાશ અથવા તેનાથી વધુની ઊર્જા સાથે વિદ્યુતચુંબકીય કિરણોત્સર્ગ, જેમ કે અલ્ટ્રાવાયોલેટ પ્રકાશ, એક્સ-રે અને ગામા કિરણો આવી પ્રતિક્રિયાઓને પ્રેરિત કરી શકે છે. પ્રકાશસંશ્લેષણમાં ફોટોલિસિસ એ પ્રકાશ-આધારિત પ્રતિક્રિયા અથવા પ્રકાશ તબક્કો અથવા ફોટોકેમિકલ તબક્કો અથવા પ્રકાશસંશ્લેષણની હિલ પ્રતિક્રિયાનો એક ભાગ છે. પ્રકાશસંશ્લેષક પ્રકાશવિશ્લેષણની સામાન્ય પ્રતિક્રિયાને ફોટોનની દ્રષ્ટિએ આ રીતે આપી શકાય છેઃ "એ" ની રાસાયણિક પ્રકૃતિ જીવતંત્રના પ્રકાર પર આધારિત છે. જાંબલી સલ્ફર બેક્ટેરિયા હાઇડ્રોજન સલ્ફાઇડ () ને સલ્ફર (એસ) માં ઓક્સિડાઇઝ કરે છે. ઓક્સિજનયુક્ત પ્રકાશસંશ્લેષણમાં, પાણી () ફોટોલિસિસ માટે સબસ્ટ્રેટ તરીકે કામ કરે છે જેના પરિણામે ડાયટોમિક ઓક્સિજન () ઉત્પન્ન થાય છે. આ એવી પ્રક્રિયા છે જે પૃથ્વીના વાતાવરણમાં ઓક્સિજન પરત કરે છે. પાણીનું ફોટોલિસિસ સાયનોબેક્ટેરિયાના થાયલાકોઇડ્સ અને લીલા શેવાળ અને છોડના ક્લોરોપ્લાસ્ટમાં થાય છે. ઊર્જા સ્થાનાંતરણ મોડેલો પરંપરાગત અર્ધ-શાસ્ત્રીય મોડેલ પ્રકાશસંશ્લેષણ ઊર્જા સ્થાનાંતરણ પ્રક્રિયાને વર્ણવે છે જેમાં ઉત્તેજના ઊર્જા પ્રકાશ-કેપ્ચરિંગ પિગમેન્ટ પરમાણુઓથી પ્રતિક્રિયા કેન્દ્રના અણુઓ સુધી મોલેક્યુલર ઊર્જા નિસરણીથી તબક્કાવાર નીચે જાય છે. વિવિધ તરંગલંબાઇના ફોટોનની અસરકારકતા જીવતંત્રમાં પ્રકાશસંશ્લેષક રંગદ્રવ્યોના શોષણ સ્પેક્ટ્રા પર આધારિત છે. ક્લોરોફિલ વર્ણપટના વાયોલેટ-વાદળી અને લાલ ભાગોમાં પ્રકાશને શોષી લે છે, જ્યારે સહાયક રંગદ્રવ્યો અન્ય તરંગલંબાઇ પણ મેળવે છે. લાલ શેવાળના ફાયકોબિલિન્સ વાદળી-લીલા પ્રકાશને શોષી લે છે જે લાલ પ્રકાશ કરતાં પાણીમાં વધુ ઊંડાણમાં પ્રવેશ કરે છે, જે તેમને ઊંડા પાણીમાં પ્રકાશસંશ્લેષણ કરવા માટે સક્ષમ બનાવે છે. દરેક શોષાયેલ ફોટોન રંગદ્રવ્યના અણુમાં ઉત્તેજના (ઉચ્ચ ઊર્જા સ્થિતિ માટે ઉત્તેજિત ઇલેક્ટ્રોન) ની રચનાનું કારણ બને છે. રેઝોનન્સ એનર્જી ટ્રાન્સફર દ્વારા ફોટોસિસ્ટમ II ના પ્રતિક્રિયા કેન્દ્રમાં એક્સાઇટોનની ઊર્જા ક્લોરોફિલ પરમાણુ (P680, જ્યાં P રંગદ્રવ્ય માટે વપરાય છે અને 680 તેના મહત્તમ શોષણ માટે 680 nm) માં સ્થાનાંતરિત થાય છે. P680 યોગ્ય તરંગલંબાઇ પર ફોટોનને સીધા જ શોષી શકે છે. પ્રકાશસંશ્લેષણ દરમિયાન પ્રકાશસંશ્લેષણ પ્રકાશ સંચાલિત ઓક્સિડેશન ઘટનાઓની શ્રેણીમાં થાય છે. P680નું ઉર્જાવાન ઇલેક્ટ્રોન (એક્સાઇટન) પ્રકાશસંશ્લેષક ઇલેક્ટ્રોન પરિવહન સાંકળના પ્રાથમિક ઇલેક્ટ્રોન સ્વીકારનાર દ્વારા કબજે કરવામાં આવે છે અને આમ ફોટોસિસ્ટમ IIમાંથી બહાર નીકળે છે. પ્રતિક્રિયાનું પુનરાવર્તન કરવા માટે, પ્રતિક્રિયા કેન્દ્રમાં ઇલેક્ટ્રોનને ફરી ભરવાની જરૂર છે. આ ઓક્સિજનયુક્ત પ્રકાશસંશ્લેષણના કિસ્સામાં પાણીના ઓક્સિડેશન દ્વારા થાય છે. ફોટોસિસ્ટમ II (P680 *) નું ઇલેક્ટ્રોન-ઉણપ પ્રતિક્રિયા કેન્દ્ર હજુ સુધી શોધાયેલું સૌથી મજબૂત જૈવિક ઓક્સિડાઇઝિંગ એજન્ટ છે, જે તેને પાણી જેટલા સ્થિર અણુઓને તોડવા માટે પરવાનગી આપે છે. ફોટોસિસ્ટમ II ના ઓક્સિજન-વિકસતા સંકુલ દ્વારા જળ-વિભાજન પ્રતિક્રિયાને ઉત્પ્રેરિત કરવામાં આવે છે. પ્રોટીનથી બંધાયેલા આ અકાર્બનિક સંકુલમાં ચાર મેંગેનીઝ આયનો, ઉપરાંત કેલ્શિયમ અને ક્લોરાઇડ આયનો સહ-પરિબળો તરીકે હોય છે. પાણીના બે અણુઓ મેંગેનીઝ ક્લસ્ટર દ્વારા જટિલ બને છે, જે પછી ફોટોસિસ્ટમ II ના પ્રતિક્રિયા કેન્દ્રને ફરીથી ભરવા માટે ચાર ઇલેક્ટ્રોન દૂર કરવાની (ઓક્સિડેશન) શ્રેણીમાંથી પસાર થાય છે. આ ચક્રના અંતે, મુક્ત ઓક્સિજન () ઉત્પન્ન થાય છે અને પાણીના અણુઓના હાઇડ્રોજનને ચાર પ્રોટોનમાં રૂપાંતરિત કરવામાં આવે છે જે થાયલાકોઇડ લ્યુમેન (ડોલાઈની એસ-સ્ટેટ આકૃતિઓ) માં મુક્ત થાય છે. આ પ્રોટોન, તેમજ ઇલેક્ટ્રોન પરિવહન સાંકળ સાથે જોડાયેલા થાયલાકોઇડ પટલમાં પમ્પ કરેલા વધારાના પ્રોટોન, પટલમાં પ્રોટોન ઢાળ બનાવે છે જે ફોટોફોસ્ફોરાયલેશનને ચલાવે છે અને આમ એડેનોસિન ટ્રાઇફોસ્ફેટ (ATP) ના સ્વરૂપમાં રાસાયણિક ઊર્જાનું ઉત્પાદન કરે છે. ઇલેક્ટ્રોન ફોટોસિસ્ટમ I ના P700 પ્રતિક્રિયા કેન્દ્ર સુધી પહોંચે છે જ્યાં તેઓ પ્રકાશ દ્વારા ફરીથી સક્રિય થાય છે. તેઓ અન્ય ઇલેક્ટ્રોન પરિવહન સાંકળમાંથી પસાર થાય છે અને અંતે થાયલાકોઇડ્સની બહાર સહઉત્સેચક અને પ્રોટોન સાથે જોડાઈને એન. એ. ડી. પી. એચ. બનાવે છે. આમ, જળ ફોટોલિસિસની ચોખ્ખી ઓક્સિડેશન પ્રતિક્રિયાને આ રીતે લખી શકાય છેઃ આ પ્રતિક્રિયા માટે મુક્ત ઊર્જા પરિવર્તન () મોલ દીઠ 102 કિલોકેલોરી છે. 700 એનએમ પર પ્રકાશની ઊર્જા ફોટોનના મોલ દીઠ આશરે 40 કિલોકેલરી હોવાથી, પ્રતિક્રિયા માટે આશરે 320 કિલોકેલરી પ્રકાશ ઊર્જા ઉપલબ્ધ છે. તેથી, ફોટોલિસિસ અને ઇલેક્ટ્રોન ટ્રાન્સફર દરમિયાન ઉપલબ્ધ પ્રકાશ ઊર્જાનો લગભગ એક તૃતીયાંશ ભાગ એન. એ. ડી. પી. એચ. તરીકે મેળવવામાં આવે છે. પરિણામી પ્રોટોન ઢાળ દ્વારા સમાન માત્રામાં ATP ઉત્પન્ન થાય છે. આડપેદાશ તરીકે ઓક્સિજન પ્રતિક્રિયા માટે વધુ ઉપયોગી નથી અને આમ વાતાવરણમાં મુક્ત થાય છે. 2007માં ગ્રેહામ ફ્લેમિંગ અને તેમના સહકાર્યકરો દ્વારા ક્વોન્ટમ મોડેલની દરખાસ્ત કરવામાં આવી હતી, જેમાં પ્રકાશસંશ્લેષણ ઊર્જા સ્થાનાંતરણમાં ક્વોન્ટમ ઓસિલેશન સામેલ હોવાની શક્યતા સામેલ છે, જે તેની અસામાન્ય રીતે ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતાને સમજાવે છે. ફ્લેમિંગના જણાવ્યા અનુસાર એવા સીધા પુરાવા છે કે પ્રકાશસંશ્લેષણ દરમિયાન ઊર્જા સ્થાનાંતરણ પ્રક્રિયાઓમાં નોંધપાત્ર રીતે લાંબા સમય સુધી ચાલતા તરંગ જેવા ઇલેક્ટ્રોનિક ક્વોન્ટમ સુસંગતતા મહત્વપૂર્ણ ભૂમિકા ભજવે છે, જે ઊર્જા સ્થાનાંતરણની આત્યંતિક કાર્યક્ષમતાને સમજાવી શકે છે કારણ કે તે પ્રણાલીને તમામ સંભવિત ઊર્જા માર્ગોનો નમૂનો લેવા માટે સક્ષમ બનાવે છે, જેમાં ઓછી ખોટ હોય છે, અને સૌથી કાર્યક્ષમ પસંદ કરે છે. જોકે, ત્યારથી આ દાવો કેટલાક પ્રકાશનોમાં ખોટો સાબિત થયો છે. યુનિવર્સિટી ઓફ ટોરોન્ટો ખાતે ગ્રેગરી સ્કોલ્સ અને તેમની ટીમ દ્વારા આ અભિગમની વધુ તપાસ કરવામાં આવી છે, જેણે 2010 ની શરૂઆતમાં સંશોધન પરિણામો પ્રકાશિત કર્યા હતા જે સૂચવે છે કે કેટલાક દરિયાઈ શેવાળ તેમના ઊર્જા ઉપયોગની કાર્યક્ષમતા વધારવા માટે ક્વોન્ટમ-સુસંગત ઇલેક્ટ્રોનિક ઊર્જા ટ્રાન્સફર (EET) નો ઉપયોગ કરે છે. ફોટોઇન્ડ્યુસ્ડ પ્રોટોન ટ્રાન્સફર ફોટોએસિડ્સ એ અણુઓ છે જે પ્રકાશના શોષણ પછી ફોટોબેઝની રચના કરવા માટે પ્રોટોન ટ્રાન્સફરમાંથી પસાર થાય છે. એ. એચ.-> [એચ. એન. યુ.] એ.-+ એચ. + આ પ્રતિક્રિયાઓમાં વિઘટન વિદ્યુત ઉત્તેજિત સ્થિતિમાં થાય છે. ઇલેક્ટ્રોનિક જમીનની સ્થિતિમાં પ્રોટોન ટ્રાન્સફર અને છૂટછાટ પછી, પ્રોટોન અને એસિડ ફરીથી ફોટો એસિડ બનાવવા માટે ફરીથી જોડાય છે. અલ્ટ્રાફાસ્ટ લેસર સ્પેક્ટ્રોસ્કોપી પ્રયોગોમાં પીએચ જમ્પ્સને પ્રેરિત કરવા માટે ફોટોએસિડ્સ એક અનુકૂળ સ્રોત છે. વાતાવરણમાં ફોટોલિસિસ પ્રતિક્રિયાની શ્રેણીના ભાગ રૂપે થાય છે, જેના દ્વારા હાઇડ્રોકાર્બન અને નાઇટ્રોજન ઓક્સાઇડ જેવા પ્રાથમિક પ્રદૂષકો પ્રતિક્રિયા આપે છે અને પેરોક્સીસિલ નાઇટ્રેટ્સ જેવા ગૌણ પ્રદૂષકો બનાવે છે. ફોટોકેમિકલ ધુમ્મસ જુઓ. ટ્રોપોસ્ફિયરમાં બે સૌથી મહત્વપૂર્ણ ફોટોડિસોસિયેશન પ્રતિક્રિયાઓ સૌપ્રથમ છેઃ જે ઉત્તેજિત ઓક્સિજન અણુ પેદા કરે છે જે હાઇડ્રોક્સિલ રેડિકલ આપવા માટે પાણી સાથે પ્રતિક્રિયા કરી શકે છેઃ O (^ 1D) + H2O-> 2 ^ {*} OH હાઇડ્રોક્સિલ રેડિકલ વાતાવરણીય રસાયણશાસ્ત્રનું કેન્દ્ર છે કારણ કે તે વાતાવરણમાં હાઇડ્રોકાર્બનનું ઓક્સિડેશન શરૂ કરે છે અને તેથી તે ડિટર્જન્ટ તરીકે કાર્ય કરે છે. બીજું પ્રતિક્રિયાઃ ટ્રોપોસ્ફેરિક ઓઝોનની રચનામાં મુખ્ય પ્રતિક્રિયા છે. ઓઝોન સ્તરની રચના પણ ફોટોડિસોસિયેશનને કારણે થાય છે. પૃથ્વીના ઊર્ધ્વમંડળમાં ઓઝોન બે ઓક્સિજન પરમાણુઓ () ધરાવતા અલ્ટ્રાવાયોલેટ પ્રકાશ પ્રહાર કરતા ઓક્સિજન પરમાણુઓ દ્વારા બનાવવામાં આવે છે, જે તેમને વ્યક્તિગત ઓક્સિજન પરમાણુઓ (અણુ ઓક્સિજન) માં વિભાજિત કરે છે. અણુ ઓક્સિજન પછી ઓઝોન બનાવવા માટે અખંડિત સાથે જોડાય છે. વધુમાં, ફોટોલિસિસ એ એવી પ્રક્રિયા છે જેના દ્વારા સી. એફ. સી. ઉપરના વાતાવરણમાં ઓઝોન-નાશ કરતા ક્લોરિન મુક્ત રેડિકલ બનાવવા માટે તૂટી જાય છે. એસ્ટ્રોફિઝિક્સ એસ્ટ્રોફિઝિક્સમાં, ફોટોડિસોસિયેશન એ મુખ્ય પ્રક્રિયાઓમાંની એક છે જેના દ્વારા અણુઓ તૂટી જાય છે (પરંતુ નવા અણુઓ રચાય છે). ઇન્ટરસ્ટેલર માધ્યમના શૂન્યાવકાશને કારણે, અણુઓ અને મુક્ત રેડિકલ લાંબા સમય સુધી અસ્તિત્વમાં હોઈ શકે છે. ફોટોડિસોસિયેશન એ મુખ્ય માર્ગ છે જેના દ્વારા અણુઓ તૂટી જાય છે. તારાઓ બને છે તે આંતરતારકીય વાદળોની રચનાના અભ્યાસમાં ફોટોડિસોસિયેશન દર મહત્વપૂર્ણ છે. આંતરતારકીય માધ્યમમાં ફોટોડિસોસિયેશનના ઉદાહરણો છે (આવર્તનના એક જ ફોટોનની ઊર્જા છે): H2O-> [h\ nu] H + OH CH4-> [h\ nu] CH3 + H વાતાવરણીય ગામા-રે વિસ્ફોટો હાલમાં પરિભ્રમણ કરતા ઉપગ્રહો દરરોજ સરેરાશ એક ગામા-રે વિસ્ફોટોની શોધ કરે છે. કારણ કે ગામા-રે વિસ્ફોટો મોટાભાગના અવલોકનક્ષમ બ્રહ્માંડને આવરી લેતા અંતર સુધી દૃશ્યમાન છે, જે ઘણા અબજો તારાવિશ્વોને આવરી લે છે, આ સૂચવે છે કે ગામા-રે વિસ્ફોટો આકાશગંગા દીઠ અત્યંત દુર્લભ ઘટનાઓ હોવી જોઈએ. ગામા-રે વિસ્ફોટોના ચોક્કસ દરને માપવા મુશ્કેલ છે, પરંતુ આકાશગંગાના લગભગ સમાન કદની આકાશગંગા માટે, અપેક્ષિત દર (લાંબા GRB માટે) દર 100,000 થી 1,000,000 વર્ષોમાં લગભગ એક વિસ્ફોટ છે. તેમાંથી માત્ર થોડા ટકા જ પૃથ્વી તરફ પ્રસારિત થશે. ટૂંકા જી. આર. બી. ના દરના અંદાજો અજ્ઞાત બીમિંગ અપૂર્ણાંકને કારણે વધુ અનિશ્ચિત છે, પરંતુ કદાચ તુલનાત્મક છે. આકાશગંગામાં ગામા-રે વિસ્ફોટ, જો પૃથ્વીની પૂરતી નજીક હોય અને તેની તરફ પ્રસારિત થાય, તો તે જીવમંડળ પર નોંધપાત્ર અસર કરી શકે છે. વાતાવરણમાં કિરણોત્સર્ગનું શોષણ નાઇટ્રોજનના ફોટોડિસોસિયેશનનું કારણ બનશે, જે નાઇટ્રિક ઓક્સાઇડ ઉત્પન્ન કરશે જે ઓઝોનનો નાશ કરવા માટે ઉત્પ્રેરક તરીકે કામ કરશે. વાતાવરણીય ફોટોડિસોસિયેશન N2-> 2N O2-> 2O CO2-> C + 2O H2O-> 2H + O 2NH3-> 3H2 + N2 NO2 પેદા કરશે (400 ઓઝોન અણુઓ સુધી વપરાશ કરે છે) CH2 (નોમિનલ) CH4 (નોમિનલ) CO2 (અપૂર્ણ) 2004ના એક અભ્યાસ અનુસાર, લગભગ એક કિલોપારસેકના અંતરે GRB પૃથ્વીના ઓઝોન સ્તરનો અડધો ભાગ નાશ કરી શકે છે; વિસ્ફોટથી થતું સીધું યુવી ઇરેડિયેશન અને ઘટતા ઓઝોન સ્તરમાંથી પસાર થતા વધારાના સૌર યુવી કિરણોત્સર્ગ પછી ખોરાકની સાંકળ પર સંભવિત નોંધપાત્ર અસરો કરી શકે છે અને સંભવિત સામૂહિક લુપ્તતાને ટ્રિગર કરી શકે છે. લેખકોનો અંદાજ છે કે દર અબજ વર્ષોમાં આવા એક વિસ્ફોટની અપેક્ષા છે, અને ધારણા છે કે ઓર્ડોવિશિયન-સિલુરિયન લુપ્ત થવાની ઘટના આવા વિસ્ફોટનું પરિણામ હોઈ શકે છે. એવા મજબૂત સંકેતો છે કે લાંબા ગામા-રે વિસ્ફોટો પ્રાધાન્યમાં અથવા સંપૂર્ણપણે નીચા ધાતુયુક્ત પ્રદેશોમાં થાય છે. કારણ કે આકાશગંગા પૃથ્વીની રચના પહેલાંથી ધાતુથી સમૃદ્ધ છે, આ અસર છેલ્લા અબજ વર્ષોમાં આકાશગંગામાં લાંબા સમય સુધી ગામા-રે વિસ્ફોટ થવાની શક્યતાને ઘટાડી શકે છે અથવા દૂર પણ કરી શકે છે. આવા કોઈ ધાતુના પૂર્વગ્રહ ટૂંકા ગામા-રે વિસ્ફોટો માટે જાણીતા નથી. આમ, તેમના સ્થાનિક દર અને પ્રકાશના ગુણધર્મોના આધારે, નજીકના બનાવની ભૌગોલિક સમયના અમુક તબક્કે પૃથ્વી પર મોટી અસર થવાની સંભાવના હજુ પણ નોંધપાત્ર હોઈ શકે છે. બહુવિધ-ફોટોન વિઘટન ઇન્ફ્રારેડ સ્પેક્ટ્રલ શ્રેણીમાં એક ફોટોન સામાન્ય રીતે અણુઓના સીધા ફોટોડિસોસિયેશન માટે પૂરતા ઊર્જાસભર નથી. જો કે, બહુવિધ ઇન્ફ્રારેડ ફોટોનના શોષણ પછી અણુ વિઘટન માટે તેના અવરોધને દૂર કરવા માટે આંતરિક ઊર્જા મેળવી શકે છે. મલ્ટીપલ-ફોટોન ડિસોસીએશન (એમપીડી; ઇન્ફ્રારેડ રેડિયેશન સાથે આઈઆરએમપીડી) ઉચ્ચ-શક્તિ લેસરોને લાગુ કરીને પ્રાપ્ત કરી શકાય છે, દા. ત. કાર્બન ડાયોક્સાઇડ લેસર, અથવા મુક્ત-ઇલેક્ટ્રોન લેસર, અથવા ઝડપી ઠંડકની શક્યતા વિના કિરણોત્સર્ગ ક્ષેત્ર સાથે પરમાણુના લાંબા ક્રિયાપ્રતિક્રિયા સમય દ્વારા, દા. ત. અથડામણ દ્વારા. બાદમાંની પદ્ધતિ બ્લેક-બોડી રેડિયેશન દ્વારા પ્રેરિત એમ. પી. ડી. માટે પણ પરવાનગી આપે છે, જે બ્લેકબોડી ઇન્ફ્રારેડ રેડિયેટિવ ડિસોસીએશન (બી. આઈ. આર. ડી.) નામની તકનીક છે. ફ્લેશ ફોટોલિસિસ ફોટોકેટાલિસિસ ફોટોકેમિસ્ટ્રી ફોટોહાઇડ્રોજન સંદર્ભો એસ્ટ્રોફિઝિક્સ રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓ ફોટોકેમિસ્ટ્રી પ્રકાશસંશ્લેષણ પ્રતિક્રિયા પદ્ધતિઓ પણ જુઓ.