التحلل الضوئي
التحلل الضوئي هو تغير المواد بفعل الضوء. ويُستخدم هذا المصطلح عادةً بشكل عام للإشارة إلى التأثير المشترك لأشعة الشمس والهواء ، مما يُسبب الأكسدة والتحلل المائي . غالبًا ما يُتجنب التحلل الضوئي عمدًا، لأنه يُتلف اللوحات وغيرها من القطع الأثرية. ومع ذلك، فهو مسؤول جزئيًا عن إعادة تمعدن الكتلة الحيوية، ويُستخدم عمدًا في بعض تقنيات التطهير. لا ينطبق التحلل الضوئي على كيفية تقادم المواد أو تدهورها بفعل الأشعة تحت الحمراء أو الحرارة، ولكنه يشمل التدهور في جميع نطاقات موجات الأشعة فوق البنفسجية .
التطبيقات
المواد الغذائية
تُعدّ حماية الأغذية من التلف الضوئي أمرًا بالغ الأهمية. فبعض العناصر الغذائية، على سبيل المثال، تتأثر بالتلف عند تعرضها لأشعة الشمس. وفي حالة البيرة ، تتسبب الأشعة فوق البنفسجية في عملية تؤدي إلى تحلل المركبات المُرّة الموجودة في نبات الجنجل إلى 3-ميثيل-2-بيوتين-1-ثيول، مما يُغير مذاقها. ولأن الزجاج الكهرماني اللون يمتص الأشعة فوق البنفسجية، تُصنع زجاجات البيرة غالبًا من هذا النوع من الزجاج لمنع هذه العملية.
الدهانات والأحبار والأصباغ
تُعدّ الدهانات والأحبار والأصباغ العضوية أكثر عرضةً للتلف الضوئي من غيرها. أما السيراميك، فيُلوّن في الغالب بمواد غير عضوية، وذلك لمقاومة التلف الضوئي حتى في أقسى الظروف، والحفاظ على لونه.
المبيدات الحشرية ومبيدات الأعشاب
يُعدّ التحلل الضوئي للمبيدات ذا أهمية بالغة نظرًا لحجم الزراعة والاستخدام المكثف للمواد الكيميائية. ومع ذلك، تُختار بعض المبيدات بحيث لا تتحلل بسهولة تحت أشعة الشمس، وذلك لتمكينها من أداء فعاليتها المبيدة للحشرات. ولذا، تُطبّق طرائق متعددة لتعزيز تحللها الضوئي، بما في ذلك استخدام المحسسات الضوئية، والمحفزات الضوئية (مثل ثاني أكسيد التيتانيوم )، وإضافة مواد كيميائية مثل بيروكسيد الهيدروجين الذي يُولّد جذور الهيدروكسيل التي تُهاجم المبيدات. [ 1 ]
المستحضرات الصيدلانية
يُعدّ التحلل الضوئي للأدوية ذا أهمية بالغة نظرًا لوجودها في العديد من مصادر المياه، حيث تُسبب آثارًا ضارة على الكائنات المائية، بما في ذلك السمية، واضطراب الغدد الصماء، والتلف الجيني. [ 2 ] كما يجب منع هذا التحلل في مواد التغليف الأساسية. ولتحقيق ذلك، تُستخدم أنواع الزجاج الكهرماني، مثل زجاج فيولاكس الكهرماني وزجاج كورنينج 51-L، لحماية الأدوية من الأشعة فوق البنفسجية. ويُستخدم اليود (على شكل محلول لوغول ) والفضة الغروية على نطاق واسع في مواد التغليف التي تسمح بمرور كمية ضئيلة جدًا من الأشعة فوق البنفسجية لتجنب التحلل.
البوليمرات
تشمل البوليمرات الاصطناعية الشائعة المعرضة للهجوم البولي بروبيلين والبولي إيثيلين منخفض الكثافة ، حيث تُعدّ روابط الكربون الثلاثية في بنيتها السلسلية مراكز الهجوم. تتفاعل الأشعة فوق البنفسجية مع هذه الروابط لتكوين جذور حرة ، والتي تتفاعل بدورها مع الأكسجين في الغلاف الجوي، مُنتجةً مجموعات الكربونيل في السلسلة الرئيسية. قد يتغير لون الأسطح المكشوفة للمنتجات وتتشقق، وفي الحالات القصوى، قد يحدث تفكك كامل للمنتج.
في المنتجات المصنوعة من الألياف، كالحبال المستخدمة في التطبيقات الخارجية، يكون عمر المنتج قصيرًا لأن الألياف الخارجية تتضرر أولًا، وتتلف بسهولة بفعل الاحتكاك مثلًا. وقد يحدث أيضًا تغير في لون الحبل، مما يُنذر بوجود مشكلة في وقت مبكر.
قد تكون البوليمرات التي تحتوي على مجموعات ماصة للأشعة فوق البنفسجية، مثل الحلقات العطرية، حساسة أيضاً للتلف الناتج عن الأشعة فوق البنفسجية. فعلى سبيل المثال، تُعد ألياف الأراميد ، مثل الكيفلار ، شديدة الحساسية للأشعة فوق البنفسجية، ويجب حمايتها من الآثار الضارة لأشعة الشمس.
الآلية
تُعدّ العديد من المواد الكيميائية العضوية غير مستقرة ديناميكيًا حراريًا في وجود الأكسجين؛ ومع ذلك، فإن معدل أكسدتها التلقائية بطيء في درجة حرارة الغرفة. وبلغة الكيمياء الفيزيائية، تُعتبر هذه التفاعلات محدودة حركيًا. يسمح هذا الاستقرار الحركي بتراكم تراكيب بيئية معقدة في البيئة. عند امتصاص الضوء، يتحول الأكسجين الثلاثي إلى أكسجين أحادي ، وهو شكل شديد التفاعل من الغاز، والذي يُحدث أكسدة مسموحة دورانيًا. في الغلاف الجوي، تتحلل المركبات العضوية بواسطة جذور الهيدروكسيل ، التي تُنتج من الماء والأوزون. [ 3 ]
تبدأ التفاعلات الكيميائية الضوئية بامتصاص فوتون، عادةً ضمن نطاق الطول الموجي 290-700 نانومتر (على سطح الأرض). تنتقل طاقة الفوتون الممتص إلى الإلكترونات في الجزيء، مما يُغير تركيبها لفترة وجيزة (أي يُنقل الجزيء من الحالة الأرضية إلى حالة مُثارة ). تُمثل الحالة المُثارة جزيئًا جديدًا في جوهره. غالبًا ما تكون جزيئات الحالة المُثارة غير مستقرة حركيًا في وجود الأكسجين أو الماء ، ويمكن أن تتحلل تلقائيًا ( تتأكسد أو تتحلل مائيًا ). في بعض الأحيان، تتحلل الجزيئات مُنتجةً شظايا عالية الطاقة وغير مستقرة، قادرة على التفاعل مع الجزيئات الأخرى المُحيطة بها. يُشار إلى هاتين العمليتين مجتمعتين باسم التحلل الضوئي المباشر أو التحلل الضوئي غير المباشر ، وتُساهم كلتا الآليتين في إزالة الملوثات.
المعيار الفيدرالي الأمريكي لاختبار البلاستيك من أجل التحلل الضوئي هو 40 CFR الفصل الأول (إصدار 7-1-03) الجزء 238.
الحماية من التحلل الضوئي
يمكن تثبيط التحلل الضوئي للبلاستيك والمواد الأخرى باستخدام مثبتات البوليمر ، وهي شائعة الاستخدام. تشمل هذه الإضافات مضادات الأكسدة التي توقف عمليات التحلل. ومن مضادات الأكسدة الشائعة مشتقات الأنيلين . وهناك نوع آخر من الإضافات وهي مواد امتصاص الأشعة فوق البنفسجية، حيث تمتص هذه المواد الفوتونات وتحولها إلى حرارة. ومن مواد امتصاص الأشعة فوق البنفسجية الشائعة بنزوفينونات مُستبدلة بالهيدروكسيل ، وهي مواد كيميائية مشابهة لتلك المستخدمة في واقيات الشمس . [ 4 ] يُطلق على عملية استعادة اللون الأصفر للبلاستيك في الألعاب القديمة [ 5 ] اسم "ريتروبرايت" .
انظر أيضاً
مراجع
- ↑ بوروز، إتش دي؛ كانلي، إل إم؛ سانتابالا، جيه إيه؛ ستينكن، إس. (يونيو 2002). "مسارات التفاعل وآليات التحلل الضوئي للمبيدات". مجلة الكيمياء الضوئية والبيولوجيا الضوئية ب: البيولوجيا . 67 (2): 71-108 . Bibcode : 2002JPPB...67...71B . doi : 10.1016/S1011-1344(02)00277-4 . hdl : 10316/5187 . PMID 12031810 .
- ↑ بورين، آن ل.؛ أرنولد، ويليام أ.؛ ماكنيل، كريستوفر (1 ديسمبر 2003). "التحلل الضوئي للمستحضرات الصيدلانية في البيئة المائية: مراجعة". العلوم المائية . 65 (4): 320-341 . Bibcode : 2003AqSci..65..320B . doi : 10.1007/s00027-003-0672-7 . S2CID 34188238 .
- ↑ والتر سيملر "الهواء، 6. التحلل الكيميائي الضوئي" في موسوعة أولمان للكيمياء الصناعية 2011، وايلي-في سي إتش، فاينهايم.
- ↑ راينر وولف، بانسي لال كاول "البلاستيك، الإضافات" في موسوعة أولمان للكيمياء الصناعية 2000، وايلي-في سي إتش، فاينهايم.
- ↑ "تسليط الضوء على سبب اصفرار البلاستيك - الجمعية الكيميائية الأمريكية" . 6 سبتمبر 2022. تم الاطلاع عليه في 4 مارس 2022 .
مصادر
- كاستيل، جيه في؛ غوميز-إل، إم جيه؛ ميراندا، إم إيه؛ موريرا، آي إم (2008)، "التحلل الضوئي للإيبوبروفين. سمية المنتجات الضوئية المعزولة على الخلايا الليفية وخلايا الدم الحمراء"، الكيمياء الضوئية والبيولوجيا الضوئية ، 46 (6): 991-996 ، doi : 10.1111/j.1751-1097.1987.tb04882.x ، hdl : 10251/150607 ، PMID 3438349 ، S2CID 41693238
- سالجادو ، ر. بيريرا، VJ. كارفاليو ، جي . سويرو، ر. جافني ، ف. ألميدا، سي؛ فالي كاردوسو، V؛ فيريرا، إي؛ بينولييل، إم جي؛ تيرنس، تا؛ أوهمين، أ؛ ريس، مام؛ Noronha، JP (2013)، "حركية التحلل الضوئي ومنتجات التحول للكيتوبروفين والديكلوفيناك والأتينولول في المياه النقية ومياه الصرف الصحي المعالجة"، مجلة المواد الخطرة ، 244-245 : 516-52 ، بيب كود : 2013J هرتزM..244..516S ، دوى : 10.1016/j.jhazmat.2012.10.039 ، PMID 23177274
- بولتريس، بيتين، “عندما يلتقي الزجاج بالفارما”، ECV Editio Cantor، 2015، ISBN 978-3-87193-432-2
- التفاعلات الكيميائية
- البلاستيك والبيئة
- إدارة النفايات القابلة للتحلل الحيوي
- الكيمياء الضوئية
- ضوء
- البيولوجيا الجزيئية
- الكيمياء البيئية
- التفاعلات الكيميائية الضوئية