مفهوم الكيمياء الضوئية

الكيمياء الضوئية (بالإنجليزية: Photochemistry) هي فرع علم الكيمياء الذي يهتم بدراسة التفاعلات الكيمائية بين الذرّة، والجزيئات الصغيرة، والضوء، ويمكن تعريفها أيضًا بأنها العلم الذي يُعنى بدراسة التفاعلات الكيميائية والتشابهات والسلوك الفيزيائي الذي قد يحدث تحت تأثير الضوء المرئي أو تحت تأثير الأشعة فوق البنفسجية.[١]


عندما يمتص جزيء فوتونًا من الضوء، يتغير هيكله الإلكتروني، ويبدأ بالتفاعل بطريقة مختلفة مع الجزيئات الأخرى، ويمكن أن تؤدي الطاقة التي يتم امتصاصها من الضوء إلى تغييرات كيميائية ضوئية في جزيء الامتصاص، أو في الجزيء المجاور له، ويمكن أيضًا إطلاق الطاقة على شكل حرارة، أو كضوء أقل طاقة، أي يحدث له تفلور (Fluorescence) أو تفسفر (Phosphorescence)، وذلك بهدف إعادة الجزيء إلى حالته الأساسية، وتجدر الإشارة إلى أن لكل نوع من الجزيئات تفضيل مختلف للآلية التي يستخدمها للتخلص من طاقة الفوتون الممتصة.[٢]




المناطق ذات الأهمية للكيمياء الضوئية، هي منطقة الضوء المرئي ومنطقة الأشعة فوق البنفسجية (UV)، وهي تشكل جزءًا صغيرًا جدًا من الطيف الكهرومغناطيسي الكامل، وتجدر الإشارة إلى أن الأطوال الموجية الأكبر، مثل الأشعة تحت الحمراء البعيدة، تُحدث إثارة اهتزازية للجزيئات، مما يؤدي إلى تسخينها، بينما تسبب الأشعة السينية ذات الطول الموجي الأقصر؛ التأين.




أهمية الكيمياء الضوئية

تكمن أهمية الكيمياء الضوئية في أنها تساعد في صنع مركبات كيميائية مهمة ومثيرة للاهتمام، بطرق قد تكون أسهل، أو أكثر أمانًا، أو غير ممكنة باستخدام الطرق الحرارية التقليدية، حيث تهتم الكيمياء الضوئية بدراسة العمليات الكيميائية التي تحدث بسبب امتصاص الضوء، وتجدر الإشارة إلى أن دراسة الأنظمة الكيميائية الضوئية التي تستخدم ضوء الشمس لإحداث تفاعلات كيميائية مهمة عديدة، أو لتوليد الكهرباء؛ ذات أهمية عملية كبيرة لتطوير مصادر الطاقة المستدامة وتحسينها.[٣][٤]


القوانين الأساسية للكيمياء الضوئية

يوجد 3 مبادئ أو قوانين أساسية تستخدم لفهم التحولات الكيميائية الضوئية؛ في علم الكيمياء الضوئية، وهي كالآتي:[١][٢]


القانون الأول للكيمياء الضوئية

يعُرف باسم قانون جروثوس - دريبر (Grotthuss-Draper)؛ وهو ينص على أن الضوء يجب أن يُمتص بواسطة مركب كيميائي حتى يحدث تفاعل كيميائي ضوئي، وعلى الرغم من بساطة هذا القانون، إلا أن يعد المبدأ الأساسي لإجراء التجارب الضوئية والبيولوجية الضوئية بشكل صحيح، فإذا لم تمتص المادة طول موجي معين من الضوء، فلن تحدث كيمياء ضوئية، ولن يتم ملاحظة أي تأثيرات بيولوجية ضوئية.


القانون الثاني للكيمياء الضوئية

يعُرف باسم قانون ستارك - أينشتاين (Stark-Einstein)؛ وهو ينص على أنه لكل فوتون ضوئي يُمتص بواسطة نظام كيميائي؛ يتم تنشيط جزيء واحد فقط للتفاعل الكيميائي الضوئي اللاحق، وتجدر الإشارة إلى أن هذا القانون تم اشتقاقه بواسطة العالم ألبرت أينشتاين أثناء تطويره لنظرية الكم للضوء.


قانون بونسن - روسكو للتبادل

ينص قانون بونسن - روسكو للتبادل (The Bunsen-Roscoe Law of Reciprocity) على أن التأثير الكيميائي الضوئي يتناسب طرديًا مع كمية الطاقة الإجمالية، بغض النظر عن الوقت اللازم لإيصال الكمية.


المراجع

  1. ^ أ ب "Photochemistry", chemistry.msu, Retrieved 12/1/2023. Edited.
  2. ^ أ ب "BASIC PHOTOCHEMISTRY", photobiology, Retrieved 12/1/2023. Edited.
  3. ↑ "Photochemistry 101, Part I: Everything You Need To Know To Get Started", hepatochem, Retrieved 12/1/2023. Edited.
  4. ↑ "Photochemistry", nature, Retrieved 12/1/2023. Edited.