محفز ضوئي

في الكيمياء ، يُعرف المُحفِّز الضوئي بأنه جزيء يُنتج أنواعًا كيميائية نشطة ( جذور حرة ، كاتيونات ، أو أنيونات ) عند تعرضه للإشعاع ( فوق البنفسجي أو المرئي ). وتُعد المُحفِّزات الضوئية الاصطناعية مكونات أساسية في البوليمرات الضوئية (على سبيل المثال، الطلاءات المُعالَجة ضوئيًا، والمواد اللاصقة ، ومواد ترميم الأسنان).
يمكن لبعض الجزيئات الصغيرة في الغلاف الجوي أن تعمل كمحفزات ضوئية ، حيث تتحلل لتُنتج جذورًا حرة (في الضباب الدخاني الكيميائي الضوئي ). على سبيل المثال، يُنتج ثاني أكسيد النيتروجين ( NO₂ ) بكميات كبيرة من محركات الاحتراق الداخلي التي تعمل بالبنزين . يُعطي NO₂ في طبقة التروبوسفير الضباب الدخاني لونه البني، ويُحفز إنتاج الأوزون السام ( O₃ ) على مستوى سطح الأرض . كما يعمل الأكسجين الجزيئي ( O₂ ) كمحفز ضوئي في طبقة الستراتوسفير ، حيث يتحلل إلى أكسجين ذري ويتحد مع O₂ لتكوين الأوزون في طبقة الأوزون .
ردود الفعل
يمكن للمحفزات الضوئية أن تُنتج أنواعًا تفاعلية عبر مسارات مختلفة، بما في ذلك التفكك الضوئي ونقل الإلكترون . كمثال على التفكك، يمكن أن يخضع بيروكسيد الهيدروجين لانشطار متجانس، حيث ينشطر الرابط O−O لتكوين جذرين هيدروكسيليين .
- H₂O₂ → 2 · OH
يمكن لبعض مركبات الآزو (مثل أزوبيسوبوتيرونيتريل ) أن تنشطر ضوئياً، مكونة جذرين ألكيل وغاز النيتروجين:
- RCH 2 −N=N−H 2 CR → 2 RCH 2 + N 2
يمكن لهذه الجذور الحرة الآن أن تعزز تفاعلات أخرى.
المحفزات الضوئية الجوية
البيروكسيدات

بما أن الأكسجين الجزيئي قادر على انتزاع ذرات الهيدروجين من بعض الجذور الحرة، فإن جذر HOO· يتكون بسهولة. يستطيع هذا الجذر انتزاع المزيد من ذرات الهيدروجين، مُكَوِّنًا H₂O₂ ، أو بيروكسيد الهيدروجين ؛ ويمكن للبيروكسيدات أن تنشطر ضوئيًا إلى جذرين هيدروكسيل. في أغلب الأحيان، يتفاعل HOO· مع ذرات الأكسجين الحرة لإنتاج جذر هيدروكسيل (·OH) وغاز الأكسجين. في كلتا الحالتين، يمكن لجذور ·OH المتكونة أن تؤكسد المركبات العضوية في الغلاف الجوي. [ 1 ]
- H₂O₂ → 2 · OH
- HOO · + O → O 2 + · OH
- · OH + CH 4 → · CH 3 + H 2 O
ثاني أكسيد النيتروجين

يمكن أيضًا أن ينقسم ثاني أكسيد النيتروجين ضوئيًا بواسطة فوتونات ذات طول موجي أقل من 400 نانومتر [ 2 ] مما ينتج عنه الأكسجين الذري وأكسيد النيتريك .
- NO 2 → NO + O
الأكسجين الذري هو نوع شديد التفاعل، ويمكنه انتزاع ذرة هيدروجين من أي شيء، بما في ذلك الماء.
- O + H 2 O → 2 · OH
يمكن إعادة توليد ثاني أكسيد النيتروجين من خلال تفاعل بين بعض الجذور الحرة المحتوية على البيروكسي وأكسيد النيتروجين.
- رو · + لا → لا 2 + رو ·
الأكسجين الجزيئي
في طبقة الستراتوسفير، يُعد الأكسجين الجزيئي (O2 ) مُحفزًا ضوئيًا هامًا يبدأ عملية إنتاج الأوزون في طبقة الأوزون . ويمكن تحويل الأكسجين ضوئيًا إلى أكسجين ذري بواسطة ضوء ذي طول موجي أقل من 240 نانومتر. [ 3 ]
- O 2 → 2O
يمكن للأكسجين الذري بعد ذلك أن يتحد مع المزيد من الأكسجين الجزيئي لتكوين الأوزون.
- O + O 2 → O 3
ومع ذلك، يمكن أيضًا أن يتحلل الأوزون ضوئيًا مرة أخرى إلى O و O 2 .
- O 3 → O + O 2
علاوة على ذلك، يمكن للأكسجين الذري والأوزون أن يتحدا لتكوين O2 .
- O + O 3 → 2 O 2
تتحكم هذه المجموعة من التفاعلات في إنتاج الأوزون ويمكن دمجها لحساب تركيزه عند التوازن.
المحفزات الضوئية التجارية واستخداماتها
AIBN

أزوبيسوبوتيرونيتريل مسحوق أبيض يُستخدم غالبًا كمحفز ضوئي للبوليمرات القائمة على الفينيل، مثل كلوريد البولي فينيل (PVC). ولأن هذا المحفز الضوئي يُنتج غاز النيتروجين (N₂ ) عند تحلله، فإنه يُستخدم عادةً كعامل نفخ لتغيير شكل و/أو ملمس البلاستيك.
بيروكسيد البنزويل

يُعدّ بيروكسيد البنزويل، مثله مثل أزوبيسوبوتيرونيتريل، مسحوقًا أبيض اللون يُستخدم كمحفز ضوئي في العديد من العمليات التجارية والصناعية، بما في ذلك إنتاج البلاستيك. وعلى عكس أزوبيسوبوتيرونيتريل، يُنتج بيروكسيد البنزويل غاز الأكسجين عند تحلله، مما يمنح هذا المركب استخدامات طبية عديدة أيضًا. [ 4 ]
عند ملامسة الجلد، يتحلل بيروكسيد البنزويل، منتجاً غاز الأكسجين، من بين مواد أخرى. يمتص الجلد غاز الأكسجين، حيث يقضي على بكتيريا Cutibacterium acnes المسببة لحب الشباب .
بالإضافة إلى ذلك، يمكن للجذور الحرة الناتجة أن تُحطّم خلايا الجلد الميتة. ويؤدي التخلص من هذه الخلايا الميتة إلى منع انسداد المسام، وبالتالي منع ظهور حب الشباب. [ 5 ]
2,2-ثنائي ميثوكسي-2-فينيل أسيتوفينون

كامفوركينون
الكامفوركينون (CQ) هو مُحسِّس ضوئي يُستخدم مع نظام أميني، حيث يُولِّد جذورًا حرة أولية عند تعريضه للضوء. تهاجم هذه الإلكترونات الحرة الروابط المزدوجة في مونومرات الراتنج، مما يؤدي إلى عملية البلمرة. وتتأثر الخصائص الفيزيائية للراتنجات المُعالَجة بتوليد الجذور الحرة الأولية خلال المرحلة الأولى من البلمرة.
إيرجاكيور 819

يُعدّ إيرغاكيور 819 (BAPO ثنائي (2،4،6-ثلاثي ميثيل بنزويل) فينيل فوسفين أوكسيد) مُحفزًا ضوئيًا من نوع نورش ، يُستخدم في عمليات البلمرة مثل بلمرة الفوتونين . [ 7 ] عند تعريضه للضوء، يُكوّن أربعة جذور حرة (2، 3، 5) لكل جزيء مُتحلل (1)، مما يجعله عالي الكفاءة في بدء البلمرة. تتشكل المجموعة الثانية من الجذور الحرة من خلال انتزاع ذرة الهيدروجين أو نقل السلسلة، مما يُعزز التفاعل. [ 8 ]
انظر أيضاً
مراجع
- ↑ فان لون، الصفحات 52-53
- ↑ فان لون، الصفحات 74-79
- ↑ فان لون، الصفحات 48-49
- ↑ "بيروكسيد البنزويل" ، chemicalland21.com، تم الاطلاع عليه في 29 أكتوبر 2009
- ↑ "بيروكسيد البنزويل" مؤرشف بتاريخ 26 مايو 2010 في أرشيف الإنترنت ، http://www.about.com مؤرشف بتاريخ 5 سبتمبر 2017 في أرشيف الإنترنت ، تم الاطلاع عليه بتاريخ 29 أكتوبر 2009
- ↑ لياو كيه سي، هوجن-إيش تي، ريتشموند إف جيه، ماركو إل، كليفتون دبليو، لوب جي إي (2008). "مستشعر ألياف بصرية عبر الجلد لمراقبة الجلوكوز المزمنة في الجسم الحي" (ملف PDF) . Biosens Bioelectron . 23 (10): 1458–65 . doi : 10.1016/j.bios.2008.01.012 . PMID 18304798. مؤرشف من النسخة الأصلية (ملف PDF) بتاريخ 26 أبريل 2012.
- ↑ جي، داندان؛ أوبارد، جان؛ بودينييه، إيريل؛ جرادي، صافي؛ لاو-ترونغ، ستيفاني؛ فيليدج، نوردين؛ باشيلو، رينو؛ بودريون، آن-لور (2023). "البلمرة الضوئية ثنائية الفوتون التي تبدأ مباشرة بجزيئات سبيروبيران المتغيرة اللون ضوئيًا" . الضوء: التصنيع المتقدم . 4 (1): 1. doi : 10.37188/lam.2023.004 . ISSN 2831-4093 .
- ↑ نيومان، ميغيل ج.؛ شميت، كارلا س.؛ فيريرا، جيوفانا س.؛ كوريا، إيفو س. (1 يونيو 2006). "مردود الجذور الحرة الأولية وكفاءة البلمرة لمختلف المحفزات الضوئية السنية المُثارة بواسطة وحدات معالجة ضوئية مختلفة" . مواد طب الأسنان . 22 (6): 576-584 . doi : 10.1016/j.dental.2005.06.006 . ISSN 0109-5641 .
فهرس
- فان لون، غاري دبليو؛ دافي، ستيفن جيه (2005). الكيمياء البيئية: منظور عالمي . نيويورك، نيويورك: مطبعة جامعة أكسفورد. ISBN 0-19-927499-1.
- تلوث الهواء
- الكيمياء الجوية
