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प्रकाश रासायनिक अभिक्रियाएँ
प्रकाश रासायनिक अभिक्रियाएँ वे रासायनिक अभिक्रियाएँ होती हैं जो प्रकाश की उपस्थिति में होती हैं, आमतौर पर फोटॉन के अवशोषण को शामिल करती हैं। ये अभिक्रियाएँ विभिन्न रासायनिक और जैविक प्रक्रियाओं में महत्वपूर्ण भूमिका निभाती हैं, और वे कार्बनिक रसायन सहित रसायन विज्ञान के कई विभिन्न क्षेत्रों में महत्वपूर्ण हैं।
एक प्रकाश रासायनिक अभिक्रिया तब शुरू होती है जब एक अणु प्रकाश का एक क्वांटम अवशोषित करता है, जिसे अक्सर फोटॉन के रूप में दर्शाया जाता है, और अपने ग्राउंड स्टेट से एक उच्च ऊर्जा स्टेट में उत्साहित हो जाता है। यह उत्साहित अवस्था अणु को अभिक्रियाओं में भाग लेने का कारण बन सकती है जो वह सामान्य रूप से नहीं करेगा।
प्रकाश रासायनिक अभिक्रियाओं का तंत्र
जब एक अणु प्रकाश अवशोषित करता है, तो यह एक निम्न ऊर्जा अवस्था (ग्राउंड स्टेट) से उच्च ऊर्जा स्थिति में (उत्साहित स्थिति) में चला जाता है। इस प्रक्रिया को एक सरल समीकरण का उपयोग करके सारांशित किया जा सकता है:
अभिकर्मक + hν → उत्साहित अभिकर्मक
यहाँ, hν अवशोषित प्रकाश फोटॉन की ऊर्जा को दर्शाता है। उत्साहित अभिकर्मक कई संभावित प्रक्रियाओं से गुजर सकता है:
- उत्सर्जन: अणु एक फोटॉन के उत्सर्जन के द्वारा अपनी ग्राउंड स्टेट में लौट सकता है, एक प्रक्रिया जिसे फ्लोरेसेंस या फॉस्फोरेसेंस के रूप में जाना जाता है।
- खंडन: उत्साहित अणु दो या अधिक खंडों में विभाजित हो सकता है।
- पुनर्व्यवस्था: अणु संरचनात्मक पुनर्व्यवस्था से गुजर सकता है जिसके परिणामस्वरूप नए उत्पादों का निर्माण होता है।
- किसी अन्य अणु के साथ अभिक्रिया: उत्साहित अणु किसी अन्य अणु के साथ प्रतिक्रिया कर नए उत्पाद बना सकता है।
उदाहरण: प्रकाश संश्लेषण
सबसे प्रसिद्ध प्रकाश रासायनिक अभिक्रियाओं में से एक है प्रकाश संश्लेषण, वह प्रक्रिया जिसके द्वारा पौधे, शैवाल, और कुछ बैक्टीरिया प्रकाश ऊर्जा को ग्लूकोज में संग्रहीत रासायनिक ऊर्जा में परिवर्तित करते हैं:
6 CO 2 + 6 H 2 O + प्रकाश ऊर्जा → C 6 H 12 O 6 + 6 O 2
इस प्रक्रिया में, प्रकाश को क्लोरोफिल अवशोषित करता है, और इलेक्ट्रॉनों को उत्तेजित करता है जो कार्बन डाइऑक्साइड और पानी को ग्लूकोज और ऑक्सीजन में परिवर्तित करने में मदद करता है।
उत्साहित अवस्थाओं के प्रकार
अणुओं के पास विभिन्न प्रकार की उत्साहित अवस्थाएँ हो सकती हैं, मुख्य रूप से सिंगलेट और ट्रिपलट अवस्थाएँ, जो इलेक्ट्रॉनों के स्पिन द्वारा निर्धारित होती हैं।
सिंगलेट और ट्रिपलट अवस्थाएँ
सिंगलेट अवस्था: इस अवस्था में, उत्साहित अवस्था में इलेक्ट्रॉनों के स्पिन युग्मित होते हैं।
ट्रिपलट अवस्था: यहाँ इलेक्ट्रॉनों के स्पिन अपैर होते हैं, और इसकी संरचना के कारण यह सामान्यतः सिंगलेट अवस्था से कम ऊर्जा में होती है।
सिंगलेट से ट्रिपलस्ट अवस्था में संक्रमण को इंटरसिस्टम क्रॉसिंग के रूप में जाना जाता है। ट्रिपलट अवस्था अभिक्रियाएँ अक्सर सिंगलेट अवस्था अभिक्रियाओं की तुलना में धीमी होती हैं, लेकिन अलग-अलग मार्गों से हो सकती हैं।
प्रकाश रासायनिक अभिक्रियाओं की गतिकी
प्रकाश रासायनिक अभिक्रियाओं की गतिकी जटिल हो सकती है क्योंकि इनमें उत्साहित अवस्थाएँ शामिल होती हैं। ये अभिक्रियाएँ सामान्यतः थर्मल अभिक्रियाओं की तुलना में तेज़ होती हैं क्योंकि इनमें अत्यधिक अभिक्रियाशील अंतरिम अवस्थाएँ शामिल होती हैं।
गति नियम: प्रकाश रासायनिक अभिक्रिया की गति पर कई कारक प्रभाव डालते हैं, जिनमें प्रकाश की तीव्रता, अभिकर्मकों का सांद्रण, और किसी भी क्वेंचर या अवरोधक की उपस्थिति जो उत्साहित अवस्थाओं के साथ इंटरैक्ट कर सकते हैं।
क्वांटम यील्ड
प्रकाश रासायनिक अभिक्रियाओं में एक महत्वपूर्ण अवधारणा क्वांटम यील्ड है, जो प्रति अवशोषित प्रकाश के फोटॉनों के मुकाबले प्रतिक्रिया करने वाले अणुओं की संख्या को मापती है। क्वांटम यील्ड एक प्रकाश रасायनिक अभिक्रिया की दक्षता निर्धारित करने में मदद कर सकता है।
क्वांटम यील्ड (Φ) = (प्रतिक्रिया करने वाले अणुओं की संख्या) / (अवशोषित फोटॉनों की संख्या)
प्रकाश रासायनिक अभिक्रियाओं के अनुप्रयोग
प्रकाश रासायनिक अभिक्रियाओं के विभिन्न क्षेत्रों में अनेक अनुप्रयोग होते हैं, जैसे कि चिकित्सा, पदार्थ विज्ञान, और पर्यावरण अध्ययन।
चिकित्सा में प्रकाश रसायन
चिकित्सा में, प्रकाश रासायनिक अभिक्रियाएँ फोटोडायनामिक थेरेपी (PDT) में कुछ प्रकार के कैंसर के इलाज के लिए उपयोग होती हैं। इस उपचार में, एक फोटोसेंसिटाइजिंग एजेंट को प्रकाश द्वारा सक्रिय किया जाता है ताकि प्रतिक्रियाशील ऑक्सीजन प्रजातियाँ उत्पन्न हो सकें जो कैंसर कोशिकाओं को लक्षित और नष्ट कर देती हैं।
पर्यावरण प्रकाश रसायन
पर्यावरण में प्रदूषकों के विघटन में प्रकाश रासायनिक अभिक्रियाएँ महत्वपूर्ण भूमिका निभाती हैं, जिसके परिणामस्वरूप सूर्य के प्रकाश की उपस्थिति में हानिकारक यौगिकों का विघटन होता है।
कार्बनिक रसायन में सामान्य प्रकाश रासायनिक अभिक्रियाएँ
कार्बनिक रसायन में, कई प्रकाश रासायनिक अभिक्रियाएँ सामान्यतः अध्ययन की जाती हैं, जिसमें आइसोमेराइजेशन, डाइमरीकरण, और विभिन्न योजक अभिक्रियाएँ शामिल हैं।
आइसोमेराइजेशन
प्रकाश रासायनिक आइसोमेराइजेशन एक अणु को एक आइसोमेरिक रूप से दूसरे में प्रकाश के अवशोषण पर परिवर्तन करने में शामिल होता है।
उदाहरण: सिस-2-ब्यूटीन (प्रकाश के संपर्क में) → ट्रांस-2-ब्यूटीन
डाइमरीकरण
डाइमरीकरण एक प्रक्रिया है जिसमें दो अणु मिलकर एक डाइमर बनाते हैं। प्रकाश रसायन में, इसे UV प्रकाश द्वारा प्रेरित किया जा सकता है।
उदाहरण: 2 एंथ्रासीन अणु (UV प्रकाश) → एंथ्रासीन डाइमर
[2+2] साइक्लोअडिशन
[2+2] साइक्लोअडिशन्स अभिक्रियाओं का एक वर्ग है जहां दो एल्कीन या एल्काइन उत्पादों को बनाने के लिए प्रकाश की उपस्थिति में प्रतिक्रिया करते हैं।
उदाहरण: 2 एथिलीन अणु (UV प्रकाश) → साइक्लोब्यूटेन
ऊर्जा आरेखों की खोज
ऊर्जा आरेख ग्राउंड स्टेट से उत्साहित स्टेट तक के संक्रमणों और संभावित प्रतिक्रिया पथों को देखने में मदद कर सकते हैं।
ऊपर के चित्र में, हम ऊर्जा प्रोफाइल को देखते हैं जिसमें ग्राउंड स्टेट और उत्साहित स्टेट होते हैं, जो प्रकाश रासायनिक प्रतिक्रिया के दौरान ऊर्जा परिवर्तन को दर्शाते हैं।
निष्कर्ष
प्रकाश रासायनिक अभिक्रियाएँ जैविक रसायनशास्त्र और अन्य वैज्ञानिक क्षेत्रों में अपरिहार्य हैं, उनके अद्वितीय गुणों और अनुप्रयोगों के कारण। इन अभिक्रियाओं के तंत्र, गतिकी और अनुप्रयोगों को समझने से उनके विशाल संभावनाओं और प्रासंगिकता में अंतर्दृष्टि प्राप्त हो सकती है।
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