ظاهرة التركيب الضوئي

التركيب الضوئي

يُعرف التركيب الضوئي بأنه عملية تحدث في النباتات ذات اللون الأخضر، والأعشاب البحرية، والطحالب، وتستخدم النباتات الطاقة المكتسبة من الضوء بهدف تحويل ثاني أكسيد الكربون والماء إلى غاز أكسجين، ومن الجدير ذكره أنَّ ذلك الأمر يُساعد على امتصاص الضوء لمادة الكلورفيل المتواجدة في الأوراق، وفيما يتعلق بالميزات فإنه يُوفر الأكسجين لجميع أنواع الكائنات الحية، وهي من العلميات المعقدة التي تُبين قدرة الله عز وجل على الخلق والإبداع، وما يحدث في هذه العملية أنَّ ثاني أكسيد الكربون يدخل إلى النباتات من خلال المسامات الموجودة في الأوراق، ثمَّ يتحد مع المياه والمواد الغذائية المختلفة التي تأتِي من الجذور، وبمساعدة الطاقة الكيميائية تلعب مادة الكلورفيل دورًا مهمًّا بهدف تحويل المواد المتحدة مع بعضها إلى أكسجين وسكر بسيط، ولمعرفة مزيد من المعلومات الخاصة بعملية التركيب الضوئي إليكم هذا المقال.^[١]

آلية عملية البناء الضوئي

تعتمد عملية التمثيل الضوئي أو البناء الضوئي اعتمادًا أساسيًّا على فهم التفاعلات الكيميائية، والعوامل المساعدة اللازمة للتخلص من ذلك التفاعل، ولفهم الآلية التي تُجرى من خلالها عملية البناء الضوئي يجب فهم الخطوات التالية:^[٢]

• انفصال جزيئات الهيدروجين عن الأكسجين المتواجد في بعض جزيئات المياه.
• تحرر الأكسجين، ثمَّ خروج نواتج التفاعل الكيميائي.
• اتحاد الهيدروجين مع ثاني أكسيد الكربون بهدف تكوين سكر الجلوكوز.

مراحل البناء الضوئي

يعتقد الكثير من الناس من خلال تعريف عملية البناء الضوئي أنَّ العملية تتم بأكملها عند وجود ضوء الشمس، ولكن الحقيقة تختلف اختلافًا كليًّا عن ذلك الاعتقاد، لأنَّ التركيب الضوئي يمر بمرحلتين أحدهما ضوئية والأخرى لا ضوئية، ورغم بساطة الشكل الظاهر سابقًا، إلا أنَّ تلك المرحلة تحتوي على مجموعة من التفاعلات الدقيقة، ولفهم تفاصيل مراحل عملية البناء الضوئي إليكم هذه النقاط:^[٢]

• المرحلة الضوئية: تُعد هذه المرحلة الأولى التي تجري في عملية التركيب الضوئي، وهي تهدف إلى تحويل ضوء الشمس إلى طاقة كيميائية مفيدة بالنسبة للنباتات بهدف إتمام جميع التفاعلات الأخرى.
• المرحلة اللاضوئية: يُطلق على هذه المرحلة اسم آخر هو مرحلة تثبيت الكربون، وهي مرحلة يتفاعل فيها ثاني أكسيد الكربون مع جزيئات عضوية تتواجد في البلاسيتدات الخضراء بهدف تكوين الكربون الذي يختزله الهيدروجين الناتج مع جزيئات المياه على شكل مركبات كربوهيدراتية، ويُعتمد في تلك العملية على طاقة كيميائية تُخزن خلال المرحلة الضوئية.

ناتج عملية البناء الضوئي

يقتصر تعريف عملية البناء الضوئي على مقصد واحد يكمن في توضيح أهمية العملية بالنسبة لأنواع مختلفة من النباتات فقط، ولكن العملية بحد ذاتها تُحقق نفعًا كبيرًا للإنسان، ثمَّ تعود تلك المنافع على النباتات، أي إنَّ العملية تُطلق غاز الأكسجين الضروري لتنفس الإنسان والحيوان، وبعدها تنتهي عملية البناء الضوئي بهدف تكوين مجموعة من السكريات، ثمَّ تستغل نسبة قليلة منها في عملية النمو، وتخزن الكمية المتبقية في بذور النباتات وثمارها، كما يُخزن فيها بعض المغذيات الأخرى مثل المواد الدهنية والبروتينية والماء حتى يستفيد منها الإنسان والحيوان والطير عند تناولها.^[٢]

التركيب الضوئي الاصطناعي

يُعرَّف التمثيل الضوئي الاصطناعي بأنه عملية كيميائية تُحاكي عملية البناء الضوئي الطبيعية، وهي تحول الأشعة الساقطة من الشمس والمياه وثاني أكسيد الكربون إلى كربوهيدرات وأكسجين، كما أنها تخزن الطاقة التي تنتج على هيئة غلوكوز كثيف الطاقة، وهي تُحاكي العملية الجديدة من ناحية القدرة الطبيعية التي تتطلب تلاعبًا كيميائيًّا ينتج الوقود السائل دون الحاجة لمادة الكلورفيل، ويُعد الماء محفزًا ضوئيًّا للهيدروجين والأكسجين، والتفاعل هو اختزال ثاني أكسيد الكربون ويُشترط فيه تواجد الضوء الذي يُعد من أهم التحديات العلمية في مجال البناء الضوئي الصناعي، إذ يُحاكي عملية تثبيت الكربون الطبيعية، ويحول الكربون غير العضوي لمركبات عضوية.^[٣]

بالإضافة إلى ذلك نجح العلماء في مختبر جامعة إلينوي بوجود الضوء الأخضر ومساعد السائل الأيوني وجزيئات الذهب النانونية في تحويل جزيئات ثاني أكسيد الكربون لجزيئات وقود هيدروكربونية أكثر تعقيدًا.^[٣]

الجسيمات النانوية الذهبية

استخدم سونغجو يو باحث ما بعد الدكتوراة ومؤلف أول للدراسة في مختبر براشانت جين أستاذ الكيمياء الموجود في جامعة إلينوي مجموعة من المحفزات المعدنية الخاصة بعملية امتصاص الضوء الأخضر، ونقل الإلكترونات والبروتونات الضرورية للتفاعلات الكيميائية المختلفة بين كل من ثاني أكسيد الكربون والمياه، وهو دور طبيعي تقوم به صبغة الكلورفيل في عملية التمثيل الضوئي الطبيعي، وخلال هذه الدراسة قال جين إنَّ الجسيمات النانوية الذهبية تُستخدم كعامل مساعد، لأنَّ سطوحها تتفاعل بإيجابية مع جزيئات ثاني أكسيد الكربون، وهي لديها الفعالية والقدرة على امتصاص الضوء، كما أنها لا تتحلل مثل بقية المعادن التي تتشوه بسهولة.^[٣]

دراسة جدوى

إنَّ عملية التمثيل الضوئي الصناعية تمنح المجتمع على نطاق واسع طاقة نظيفة مستدامة، ومما لا شكَّ فيه أنها ستوفر الطاقة للمنازل والسيارات خلال يوم من الأيام المستقبلية، إذ يكون ذلك الأمر من خلال محاكاة ما تفعله النباتات والكائنات الحية المختلفة، ورغم أنَّ عملية تطوير الوقود من ثاني أكسيد الكربون إلى سائل من الأشياء المثيرة للتكنولوجيا الطاقة الخضراء، إلا أنَّ الدارسين يعترفون أنَّ عملية التمثيل الصناعية التي أُعلِنَ عنها في أوقات لاحقة ما زالت لا تُضاهي كفاءة النباتات الخضراء الطبيعية.^[٣]

بالإضافة لذلك أكدَّ أحد الباحثين أنهم بحاجة لمعرفة كيفية ضبط المحفز بهدف زيادة نسبة الكفاءة الخاصة بالتفاعلات الكيميائية المختلفة، وهنا تجدر الإشارة إلى أنَّه يُمكن البدء في الأعمال الشاقة بهدف تحديد طريقة رفع مستوى العملية التي وصلوا إليها، وكما هو الحال بالنسبة لتكنولوجيا الطاقة غير التقليدية توجد العديد من الأسئلة المرتبطة بالجدوى الاقتصادية الخاصة بهذه العملية.^[٣]

المراجع

1. ↑ "التركيب الضوئي (photosynthesis)"، zira3a، اطّلع عليه بتاريخ 2-7-2019. بتصرّف.
2. ^ ^{أ ب ت} أميرة فهمي (24-2-2019)، "تعريف البناء الضوئي"، موثوق، اطّلع عليه بتاريخ 2-7-2019. بتصرّف.
3. ^ ^{أ ب ت ث ج} طارق قابيل، "التمثيل الضوئي الاصطناعي يصنع الوقود السائل"، الجزيرة، اطّلع عليه بتاريخ 2-7-2019. بتصرّف.