Oxygen evolution
ઓક્સિજન ઉત્ક્રાંતિ એ સામાન્ય રીતે પાણીમાંથી રાસાયણિક પ્રતિક્રિયા દ્વારા મોલેક્યુલર ઓક્સિજન (O2) ઉત્પન્ન કરવાની પ્રક્રિયા છે. પાણીમાંથી ઓક્સિજન ઉત્ક્રાંતિ ઓક્સિજનયુક્ત પ્રકાશસંશ્લેષણ, પાણીના વિદ્યુત વિચ્છેદન અને વિવિધ ઓક્સાઇડના ઉષ્મીય વિઘટન દ્વારા પ્રભાવિત થાય છે. જૈવિક પ્રક્રિયા એરોબિક જીવનને ટેકો આપે છે. જ્યારે ઔદ્યોગિક રીતે પ્રમાણમાં શુદ્ધ ઓક્સિજનની જરૂર પડે છે, ત્યારે તેને પ્રવાહીકૃત હવાને નિસ્યંદિત કરીને અલગ કરવામાં આવે છે. પ્રકાશસંશ્લેષક ઓક્સિજન ઉત્ક્રાંતિ એ મૂળભૂત પ્રક્રિયા છે જેના દ્વારા પૃથ્વીના જીવમંડળમાં ઓક્સિજન ઉત્પન્ન થાય છે. આ પ્રતિક્રિયા સાયનોબેક્ટેરિયા અને લીલા શેવાળ અને છોડના ક્લોરોપ્લાસ્ટમાં પ્રકાશસંશ્લેષણની પ્રકાશ-આધારિત પ્રતિક્રિયાઓનો એક ભાગ છે. તે પ્રકાશસંશ્લેષણ માટે પાણીના પરમાણુને તેના પ્રોટોન અને ઇલેક્ટ્રોનમાં વિભાજિત કરવા માટે પ્રકાશની ઊર્જાનો ઉપયોગ કરે છે. મુક્ત ઓક્સિજન, જે આ પ્રતિક્રિયાના ઉપ-ઉત્પાદન તરીકે ઉત્પન્ન થાય છે, તે વાતાવરણમાં મુક્ત થાય છે. પાણીનું ઓક્સિડેશન ફોટોસિસ્ટમ IIમાં રહેલા મેંગેનીઝ ધરાવતા કોફેક્ટર દ્વારા ઉત્પ્રેરિત થાય છે, જેને ઓક્સિજન-ઇવોલ્વિંગ કોમ્પ્લેક્સ (OEC) અથવા જળ-વિભાજન સંકુલ તરીકે ઓળખવામાં આવે છે. મેંગેનીઝ એક મહત્વપૂર્ણ કોફેક્ટર છે, અને પ્રતિક્રિયા થાય તે માટે કેલ્શિયમ અને ક્લોરાઇડ પણ જરૂરી છે. આ પ્રતિક્રિયાની સ્ટોઇકિઓમેટ્રી નીચે મુજબ છેઃ 2H2O 4e − + 4H + + O2 પ્રોટોન થાયલાકોઇડ લ્યુમેનમાં મુક્ત થાય છે, આમ થાયલાકોઇડ પટલમાં પ્રોટોન ઢાળ પેદા કરવામાં ફાળો આપે છે. આ પ્રોટોન ઢાળ એ ફોટોફોસ્ફોરાયલેશન દ્વારા એડિનોસિન ટ્રાઇફોસ્ફેટ (ATP) સંશ્લેષણ માટેનું પ્રેરક બળ છે અને પ્રકાશસંશ્લેષણ દરમિયાન રાસાયણિક ઊર્જાની રચના માટે પ્રકાશ ઊર્જાના શોષણ અને પાણીના ઓક્સિડેશનનું જોડાણ છે. શોધનો ઇતિહાસ તે 18મી સદીના અંત સુધી ન હતો કે જોસેફ પ્રિસ્ટલીએ અકસ્માતે મીણબત્તી બાળવાથી "ઘાયલ" થયેલી હવાને "પુનઃસ્થાપિત" કરવાની છોડની ક્ષમતાની શોધ કરી હતી. તેમણે આ પ્રયોગને અનુસરીને બતાવ્યું કે વનસ્પતિ દ્વારા "પુનઃસ્થાપિત" હવા "ઉંદર માટે બિલકુલ અસુવિધાજનક નહોતી". પાછળથી તેમને તેમની શોધ માટે એક ચંદ્રક એનાયત કરવામાં આવ્યો હતો કે ". કોઈ પણ શાકભાજી વ્યર્થ ઉગતી નથી. પરંતુ આપણા વાતાવરણને શુદ્ધ અને શુદ્ધ કરે છે". પ્રિસ્ટલીના પ્રયોગોનું ડચ ચિકિત્સક જાન ઇન્ગેનહૌઝ દ્વારા વધુ મૂલ્યાંકન કરવામાં આવ્યું હતું, જેમણે પછી દર્શાવ્યું હતું કે હવાની "પુનઃસ્થાપના" માત્ર પ્રકાશ અને લીલા છોડના ભાગોની હાજરીમાં જ કામ કરે છે. જળ વિદ્યુત વિચ્છેદન હાઇડ્રોજન (H2) સાથે મળીને, પાણીના વિદ્યુત વિચ્છેદન દ્વારા ઓક્સિજનનો વિકાસ થાય છે. જળ વિદ્યુત વિચ્છેદનનો મુદ્દો હાઇડ્રોજન ગેસના સ્વરૂપમાં ઊર્જાનો સંગ્રહ કરવાનો છે, જે સ્વચ્છ બળતું બળતણ છે. આ ચાર-ઇલેક્ટ્રોન ટ્રાન્સફર પ્રતિક્રિયાના સુસ્ત ગતિશાસ્ત્રને કારણે ઓક્સિજન ઉત્ક્રાંતિ પ્રતિક્રિયા (ઓઇઆર) એ [પાણીના વિદ્યુત વિચ્છેદન માટે] મુખ્ય અવરોધ છે. બધા વ્યવહારુ ઉત્પ્રેરક વિજાતીય હોય છે. હાઇડ્રોજન વાયુ બનાવવા માટે ઇલેક્ટ્રોન (e−) કેથોડમાંથી પ્રોટોનમાં સ્થાનાંતરિત થાય છે. એસિડ સાથે સંતુલિત અર્ધ પ્રતિક્રિયા છેઃ 2 H + + 2e − → H2 હકારાત્મક રીતે ચાર્જ થયેલ એનોડ પર, ઓક્સિડેશન પ્રતિક્રિયા થાય છે, ઓક્સિજન ગેસ ઉત્પન્ન કરે છે અને સર્કિટને પૂર્ણ કરવા માટે એનોડમાં ઇલેક્ટ્રોન છોડે છેઃ 2 H2O → O2 + 4 H + + 4e-બંને અર્ધ પ્રતિક્રિયા જોડીને જોડીને ઓક્સિજન અને હાઇડ્રોજનમાં પાણીનું સમાન એકંદર વિઘટન મળે છેઃ એકંદર પ્રતિક્રિયાઃ 2 H2O → 2 H2 + O2 રાસાયણિક ઓક્સિજન ઉત્પાદન જોકે કેટલાક ધાતુના ઓક્સાઇડ આખરે ગરમ થાય ત્યારે O2 છોડે છે, આ રૂપાંતરણો માટે સામાન્ય રીતે ઉચ્ચ તાપમાનની જરૂર પડે છે. કેટલાક સંયોજનો હળવા તાપમાને O2 છોડે છે. રાસાયણિક ઓક્સિજન જનરેટરમાં રાસાયણિક સંયોજનો હોય છે જે સામાન્ય રીતે ગરમી દ્વારા ઉત્તેજિત થાય ત્યારે O2 છોડે છે. તેનો ઉપયોગ સબમરીન અને વ્યાપારી વિમાનોમાં કટોકટીમાં ઓક્સિજન પૂરો પાડવા માટે થાય છે. સોડિયમ ક્લોરેટના ઉચ્ચ તાપમાનના વિઘટન દ્વારા ઓક્સિજન ઉત્પન્ન થાય છેઃ 2 NaClO3 → 2 NaCl + 3 O2 પોટેશિયમ પરમેંગેનેટ પણ ગરમ કરવા પર ઓક્સિજન મુક્ત કરે છે, પરંતુ ઉપજ સામાન્ય છે. 2 KMnO4 → MnO2 + K2MnO4 + O2 પણ જુઓ મંગળની મહાન ઓક્સિજન ઘટના વસાહતીકરણ સંદર્ભો બાહ્ય કડીઓ પ્લાન્ટ ફિઝિયોલોજી ઓનલાઇન, ચોથી આવૃત્તિઃ વિષય 7.7-ઓક્સિજન ઉત્ક્રાંતિ ઓક્સિજન ઉત્ક્રાંતિ-એન્ટોની ક્રોફ્ટ્સ દ્વારા વ્યાખ્યાન નોંધો, UIUC વાતાવરણની ઉત્ક્રાંતિ-વ્યાખ્યાન નોંધો, મિશિગન યુનિવર્સિટીના કારભારીઓ વિદ્યુતસંશ્લેષણ પ્રકાશસંશ્લેષણનો ઉપયોગ કરીને પાણીમાંથી ઓક્સિજન અને હાઇડ્રોજન કેવી રીતે બનાવવું ઓક્સિજન જૈવિક ઉત્ક્રાંતિ