فوتوشیمی چیست؟⚛جمال عبدالله زاده⚛

نویسنده: جمال عبدالله زاده دانشجوی شیمی محض🧪عاشق محاسبات شیمی،تاریخ شیمی و  دنیای شیمی فیزیک به خصوص شیمی کوانتوم🧪

فوتوشیمی شاخه ای از شیمی فیزیک می باشد که به مطالعه واکنش های شیمیایی وابسته به نور می پردازد و نقش و تاثیر نور در واکنش های شیمیایی را مورد مطالعه قرار می دهد.البته درصد کمی از واکنش های شیمیایی وابسته به نور هستند و در علم شیمی یک واکنش شیمیایی می تواند در تاریکی هم رخ دهد.علت این موضوع این است که به صورت کلی نقش حرارت و گرما در وقوع واکنش ها به صورت کلی نسبت به نور بسیار بیشتر است.اگر دما به اندازه کافی زیاد باشد انرژی فعال سازی واکنش برای وقوع واکنش فراهم می شود و در ننیجه ممکن است در محیطی تاریک نیز واکنش شیمیایی رخ دهد.بنابراین واکنش های شیمیایی معمولی تابع قوانین سینتیک شیمیایی و ترمودینامیک شیمیایی هستند و بدون نور نیز محتمل هستند.اما در علم شیمی برخی از واکنش ها هستند که وابستگی شدیدی به نور دارند که در اصطلاح شیمی به آن ها واکنش های فوتوشیمیایی می گویند.دلیل عمده و اساسی وقوع این واکنش ها این است که نور به مولکول ها برخورد می کند و در اثر برخورد نور الکترون های آن مولکول برانگیخته می شوند و از تراز انرژی پایه به تراز انرژی برانگیخته می روند.برای توجیه دقیق علمی این پدیده باید نور را متشکل از ذرات سازنده خود یعنی فوتون در نظر بگیریم و از نظریه ذره ای نور کمک بگیریم.پس فوتون ها با مولکول ها برهمکنش شدید دارند و از طریق تابش فوتون به مولکول الکترون ها برانگیخته می شوند.در حالت پایه اسپین الکترون ها دارای جهت مخالف هستند و اثر همدیگر را خنثی می کنند.این حالت اسپین سینگلت یا اسپین یکتایی نام دارد.در حالت برانگیخته اسپین الکترون ها هم جهت می باشد و هر دو رو به بالا و یا هر دو رو به پایین می باشد.این حالت اسپین تریپلت یا اسپین سه تایی نامیده می شود.حالت برانگیخته تریپلت سطح انرژی بسیار بالایی دارد و بسیار ناپایدار می باشد بنابراین به شدت تمایل دارد به حالت پایدار اولیه برگردد.حالت برانگیخته دارای اسپین تریپلت می باشد و از پدیده جالب چندگانگی اسپین در شیمی کوانتوم تبعیت می کند.چندگانگی اسپین به این معناست که الکترون موقع گذار از تراز انرژی پایه به تراز انرژی برانگیخته دچار تغییر اسپین می شود.پدیده چندگانگی اسپین به صورت کلی از رابطه کلی 2S+1 تبعیت می کند.از دیدگاه انرژی مولکول های برانگیخته شده در واکنش های فوتوشیمیایی از قانون تابش پلانک تبعیت می کنند و پایه و اساس تعامل فوتون ها و مولکول ها واحدهای گسسته انرژیhf می باشد.خیلی از پدیده های شیمیایی طبیعت بر اساس برهمکنش نور و ماده تعریف می شود.به عنوان مثال نور پلاریزه ناشی از دستگاه پلاریمتر راهنمای ما برای شناخت ایزومرهای راستگرد و چپ گرد در ترکیبات آلی می باشد و مفهوم ایزومرهای نوری نیز این حقیقت را روشن می کند. وقوع پدیده های فلورسانس و فسفرسانس نیز به وضوح این موضوع را ثابت می کند.فلورسانس به این معناست که مواد نور با طول موج معینی را جذب می کنند و سپس نوری با طول موج مشخص را نشر می دهند.فسفرسانس هم شباهت زیادی به فلورسانس دارد با این تفاوت که تابش نور مدتی پس از قطع منبع تابش نور هم ادامه می یابد که دلیل عمده آن تغییر اسپین الکترون ها می باشد. واکنش های فتوشیمیایی نقش بسیار مهم و حیاتی در شکل گیری جهان بزرگ شیمیایی ما داشته اند.مثلا دلیل اصلی بینایی انسان از دیدگاه فتوشیمی این است که در اثر نور مولکول ۱۱سیس رتینال به مولکول ۱۱ ترانس رتینال تبدیل می شود.پروسه فوتوشیمیایی تبدیل ایزومر سیس به ترانس در مولکول رتینال اولین و مهم ترین مرحله از زنجیره واکنش های شیمیایی چشم انسان برای دیدن اشیا می باشد.در شیمی ایزومر ترانس همواره پایدارتر از ایزومر سیس می باشد و نور دقیقا پروسه فوتوشیمیایی را به سمت و سویی می برد که ساختار و سطح انرژی مولکول پایدار بماند و ما بتوانیم جهان را ببینیم.جالب است که این پروسه فتوشیمیایی در مدت زمان بسیار کوتاه یعنی پیکوثانیه و فمتوثانیه اتفاق می افتد و شیمیدان ها برای توجیه این جور پدیده ها بیشتر از مدل های تئوری و رویکرد شیمی محاسباتی کمک می گیرند و روش های تجربی چندان کارساز و موثر نیست.تابش نور به هالید های نقره مثل نقره برمید و ایجاد صفحات سیاه حاوی نقره نمونه جالبی از واکنش های فتوشیمیایی می باشد که در عکاسی خیلی کاربرد دارد و علت اصلی دیدن عکس در دوربین واکنش فوتوشیمیایی تجزیه هالیدهای نقره می باشد.در علم شیمی برخی عناصر مظهر و نشانه تابندگی و نور و روشنایی هستند مثل فسفر که پروسه تابندگی فسفری خاصیت بارز آن است.فرایند فتوسنتز نمونه دیگری از کاربردهای مهم فوتوشیمی در زندگی می باشد.فتوسنتز یعنی ساختن به کمک نور؛ در پروسه فتوسنتز تابش نور باعث می شود کربن دی اکسید و آب باهم واکنش دهند و به این ترتیب کربوهیدرات ساخته می شود و انرژی نورانی به انرژی شیمیایی تبدیل می شود.صفحات سیلیکونی که با انرژی نورانی خورشید کار می کنند نقش مهمی در حل چالش انرژی دارند و اهمیت فتوشیمی را نشان می دهند.

✍️دوستان عزیز می توانید ما را در کانال تلگرام اندیشه ورزی و فلسفه شیمی جمال به نشانی t.me/JimiChem دنبال کنید؛ ایستگاه اندیشه ورزی و فلسفه شیمی جمال رسانه ای جالب و جذاب برای علاقه مندان و عاشقان علم شیمی است به ویژه آنان که همواره به معنا و ماهیت و فلسفه شیمی می اندیشند و از آن لذت می برند ✍️