Apsorpcija svetlosti
<s>Apsorpcija svetlosti je pojava transformacije elektromagnetne energije u unutrašnju energiju, na primer toplotnu energiju.</s><s>Kada se fotoni sudare sa atomima ili molekulima povećava se brzina atoma i molekula.</s><s>U mikro prostoru to dovodi do promene dotadašnjeg rasporeda atoma i molekula ili stanja u materiji.</s><s>Kada više molekula u telu poveća brzinu, telo postaje toplije.</s><s>Ovu toplotu telo potom emituje kao toplotnu energiju.</s><s>Fotoni u procesu apsorpcije gube energiju sudarjući se usput sa velikim brojem molekula.</s><s>Najzad sa manjom energijom izlaze iz tela kao infracrveni (toplotni) fotoni koji imaju veću talasnu dužinu ili manju frekvenciju.</s>

<s>Vidljiva svetlost je deo elektromagnetno zračenje, koje obuhvata talasne dužine od 390 do 720 nm, a koje ljudsko oko vidi.</s><s>Za izvesne biljke ovaj opseg "svetlosti" je na oba kraja nešto proširen.</s><s>Tako dugotalasno ultraljubičasto zračenje (320 - 390 nm) ima aktivnost u nekim pokretima biljaka, a blisku infra-crvenu svetlost (do 1000 nm) izvesne bakterije mogu da koriste u fotosintezi.</s><s>Elektromagnetno zračenje se karakteriše talasnom dužinom (λ)(frekvencijom) i energijom.</s><s>Ukoliko je talasna dužina veća (tj. frekvencija manja) opada energija koju nosi jedan kvanat svetlosti (foton).</s><s>Plava svetlost talasne dužine od 400 nm ima energiju od 299,1 kJ po jednom molu kvanta, a crvena svetlost od 700 nm ima samo 170,9 kJ.</s>

<s>U određenom opsegu sva elektromagnetna zračenja mogu da deluju na strukturu molekula koji ih apsorbuju. γ-zraci, Χ-zraci i kratkotalasni UV zraci imaju visoku energiju i utiču na veze među česticama koje grade atomska jezgra.</s><s>Stoga dolazi do promena, raspada organskih materija koje su izložene ovim zračenjima.</s><s>Promene u strukturi nukleinskih kiselina i proteina pod uticajem kratkotalasnih zračenja su stoga vrlo štetne za živa bića, a često i letalne.</s>

<s>Zraci vidljive svetlosti, međutim, nemaju dovoljnu energiju da izazovu značajna ireverzibilna oštećenja organskih jedinjenja.</s><s>Ovi zraci se apsorbuju u spoljašnjem elektronskom omotaču molekula pigmenata, u koji ulaze spoljašnji, ili valentni elektron.</s><s>Elektroni koji pripadaju samo jednom atomskom jezgru zovu se n-elektroni, a oni koji su zajednički za dva jezgra i grade vezu među njima mogu biti σ-elektroni ili π-elektroni, što zavisi od odnosa njihove putanje i osovine između jezgara.</s><s>Kod organskih molekula, sto je veći broj konjugovanih veza, talasna dužina svetlosti koja se apsorbuje je veća.</s>

<s>Apsorpcioni spektri pigmenata 
Fotosintetički pigmenti apsorbuju svetlost određenih talasnih dužina i stoga imaju boju propuštene ili odbijene svetlosti.</s><s>Apsorpcioni spektri, koji su karakteristični za pojedine pigmente, predstavljaju se grafički tako, što se apsorbancija nacrta u funkciji talasne dužine.</s><s>Svi hlorofili imaju dve zone apsorpcije, jednu u plavom i drugu u crvenom delu spektra, ali su talasne dužine maksimalne apsorpcije različite.</s><s>Tako hlorofil a u etarskom rastvoru apsorbuje najviše svetlosti od 430 i 663 nm, a hlorofil b na 450 i 643 nm.</s><s>Karotenoidi apsorbuju samo u ljubičastom i plavom delu spektra.</s><s>Za sve njih je karakterističan spektar sa dva ili tri vrha. β–karoten ima plato na 420 nm i vrhove na 460 i 480 nm.</s><s>Fukoksantin, ksantofil koji se nalazi kod mrkih algi, apsorbuje i plavo-zeleni deo spektra, sve do 500 nm.</s><s>Fikobilini apsorbuju svetlost između zelenog i crvenog dela spektra, i to fikocijanin između 500 i 618 nm, a fikoeritrin od 450 do 576 nm.</s>

<s>Ukupna apsorpcija lista ili ćelija algi je dosta široka i ona predstavlja zbir apsorpcija pojedinih pigmenata.</s><s>Raznolikost pigmentnih sistema omogućava biljkama da u fotosintezi iskoriste veći opseg svetlosnog zračenja.</s><s>Pojava da se biljke adaptiraju u odnosu na sredinu tako što izgrađuju pigmente čija je boja komplementarna boji raspoložive svetlosti naziva se komplementarna hromatična adaptacija.</s>

<s>Akcioni spektri fotosinteze 
U svim fiziološkim procesima u kojima svetlost učestvuje, od značaja je da se utvrdi akcioni spektar svetlosti za taj proces.</s><s>Akcioni spektri se mere na sledeći način: biljke se osvetljavaju monohromatskom svetlošću rastućih talasnih dužina, sa 10 ili 20 nm razmaka, npr. 410,420,430,...</s><s>,680,690,700 nm, pri čemu se vodi računa da upadna energija svetlosti za sve talasne dužine bude jednaka.</s><s>Pri svakom osvetljenju određuje se intezitet fotosinteze merenjem nekog parametra, npr. količine oslobođenog O2.</s><s>Akcioni spektar se predstavlja grafički kao intezitet procesa u funkciji od talasne dužine.</s>

<s>Podudarnost akcionog i apsorpcionog spektra 
Pošto u svakom fiziološkom procesu može biti aktivna samo ona svetlost koja je apsorbovana, jasno je da se akcioni spektri moraju podudarati sa apsorpcionim spektrima pigmenata.</s><s>Podudarnost ovih spektara je indikacija o tome koji pigmenti u datom procesu imaju ulogu receptora.</s><s>Ukupni apsorpcioni spektri lista ili ćelija algi podudaraju se sa akcionim spektrima fotosinreze.</s><s>Postoje samo dve zone u kojima podudarnost nije potpuna.</s><s>Prva leži u plavom delu spektra, oko 480 nm, gde je apsorpcija relativno veća od aktivnosti.</s><s>Druga zona je u daleko crvenom delu spektru, na talasnim dužinama oko 700 nm.</s><s>U tom delu je apsorpcija svetlosti takođe veća od efekta.</s>

<s>Fizičke pojave pri apsorpciji svetlosti 
Pod uticajem spoljašnjih faktora i agenasa u molekulu dolazi do fizičkih i hemijskih promena, tako i pri apsorpciji svetlosti javljaju se određene fizičke pojave.</s>

<s>Ekscitacija 
Elektroni koji čine spoljašnji omotač molekula su vezani za svoje orbite i na normalnoj biološkoj temperaturi nalaze se na najnižem energetskom nivou, u osnovnom stanju.</s><s>Svaka orbita, koja predstavlja putanju za elektrone, sastoji se od porodice orbita, koje odgovaraju stanju povišene energije.</s><s>Elektron čija se energija poveća primanjem kvanta svetlosti (fotona), prelazi na svoju sledeću orbitu, koja odgovara povišenoj energiji.</s><s>To je ekscitirano, ili pobuđeno stanje molekula.</s><s>Elektron koji je u osnovnom stanju označen sa n ili π, označava se kao n*, odnosno π* u pobuđenom stanju.</s><s>Kada molekul apsorbuje svetlost, mogući su prelazi elektrona n u n*, ili π u π*.</s><s>Energija fotona koji izaziva prelazak elektrona mora biti jednaka energetskoj razlici između dve orbite.</s><s>Za molekule jednog jedinjenja postoje utvrđene moguće orbite sa fiksnim energetskim razlikama među njima, tako da se elektronski prelazi mogu ostvariti ako upadna svetlost sadrži fotone odgovarajuće energije.</s><s>Otuda je razumljivo što su apsorpcioni spektri karakteristični za pojedina jedinjenja: apsorbuju se zraci one talasne dužine, odnosno energije, koji su u stanju da izazovu elektronske prelaze iz osnovnog u ekscititrano stanje.</s>

<s>U molekulu složene strukture, kao što su hlorofili, svaka energetska orbita ima nekoliko bliskih energetskih stanja, ili vibracionih nivoa.</s><s>Elektroni koji prelaze iz jedne orbite u drugu, mogu poći sa raznih vibracionih nivoa osnovne orbite i dospeti na razne vibracione nivoe ekscitiranog stanja.</s><s>Otuda jedna populacija organskih molekula ne apsorbuje samo zrake jedne talasne dužine, kao npr. atomi metala, nego širi deo spektra oko jedne glavne talasne dužine.</s><s>U većoj populaciji molekula najveći broj ipak apsorbuje jednu određenu talasnu dužinu i ona predstavlja maksimum u apsorpcionom spektru.</s><s>Sa udaljavanjem od maksimuma sve manji broj molekula apsorbuje zrake kraće, odnosno duže talasne dužine i njihov broj je raspoređen simetrično oko maksimuma.</s><s>Stoga se apsorpcioni spektar karakteriše talasnom dužinom maksimalne apsorpcije i poluintezitetskom širinom, tj. širinom spektra (u nm) na delu na kome je intezitet apsorpcije 50% od maksimalnog.</s>

<s>U molekulu hlorofila postoje dve moguće orbite ekscitiranog stanja; viša orbita odgovara energiji fotona plave, a niža fotonu crvene svetlosti.</s><s>Zbog toga se maksimumi apsorpcije hlorofila nalaze u plavom i crvenom delu spektra, te apsorpcija ove svetlosti dovodi hlorofil u ekscitirano stanje.</s><s>Ekscitirano stanje molekula je vrlo nestabilno i kratkotrajno.</s><s>Veoma brzo dolazi do deekscitacije, pri čemu se molekul hlorofila oslobađa primljene energije i vraća u osnovno stanje.</s><s>Postoje raličiti putevi deekscitacije: fluorescencija, fosforescencija, indukovana rezonancija i gubitak elektrona.</s>

<s>Fluorescencija i fosforescencija 
Kada hlorofil apsorbuje plavu svetlost, ekscitirano stanje (drugi singlet) traje svega jedan bilioniti deo sekunde.</s><s>Elektron gubi deo energije u vidu toplote i vraća se prvo u nižu moguću orbitu ekscitiranog stanja; ova orbita, inače odgovara energiji kvanta crvene svetlosti i na nju prelaze elektroni pri apsorpciji crvene svetlosti.</s><s>Prema tome, bilo da hlorofil apsorbuje plavu, bilo crvenu svetlost, pobuđeni elektron se uvek nađe na istoj orbiti.</s><s>Ovo ekscitirano stanje je nešto stabilnije i traje milijarditi deo sekunde (prvi singlet).</s><s>U ovom vremnu elektron, pre svega, pada na najniži vibracioni nivo iste orbite, pri čemu se mali višak energije gubi kao toplota.</s><s>Zatim može doći do potpune deekscitacije, kada se elektron vrati na osnovnu orbitu.</s><s>Energija koja s etada oslobađa ponovo se emituje ako kvant svetlosti i ova svetlosna emisija je poznata kao ’’’fluoresencija’’’.</s><s>U takvom slučaju molekul hlorofila je najpre apsorbovao, a zatim emitovao svetlost.</s><s>Zbog prelaza na niže vibracione nivoe u okviru orbite ekscititranog stanja, izvesna količina apsorbovane energije se uvek gubi kao toplota.</s><s>Prema tome, ponovno emitovana svetlost iam manju energiju nego apsorbovana.</s><s>Drugim rečima, talasna dužina fluorescentne svetlosti je uvek veća od apsorbovane.</s><s>Hlorofil a u etarskom rastvoru apsorbuje na 430 i 665 nm, a fluorescira na 680 nm.</s>

<s>Do deekscitacije može doći i posrednim putem, preko promene ekscitiranog spina elektrona.</s><s>Pošto jedna orbita po pravilu sadrži dva elektrona koja imaju suprotne smerove rotacije oko osovine (kvantni broj spina), koji se arbitarno obeležavaju kao +½ i –½, u molekulu je ukupan spin S ravan nuli (S=0).</s><s>Pri prelazu elektrona na višu orbitu njihov spin se ne menja, molekul se nalazi u singlet stanju.</s><s>Kod hlorofila postoji prvi i drugi singlet, zavisno od apsorbovane energije (crvene odnosno plave svetlosti).</s><s>Međutim, može se dogoditi da dođe do reverzije spina jednog elektrona u toku ekscitiranog stanja.</s><s>Tada par elektrona ima spin istog znaka a ukupni spin molekula je 2S+1.</s><s>Ovo stanje molekula je označeno kao triplet stanje.</s><s>Ono je stabilnije od prethodnih ekscitiranih stanja i traje od stohiljaditog do hiljaditog dela sekunde.</s><s>Može se dogoditi da elektron iz triplet stanja ponovo promeni spin i vrati se u osnovnu orbitu, a da se višak energije ponovo emituje kao foton.</s><s>Ta pojava se zove ’’’fosforescencija’’’.</s>

<s>Indukovana rezonacija 
Još jedasn način deekscitacije sastoji se u prenošenju energije sa jednog molekula pigmenta na drugi.</s><s>Pre svega može se dogoditi da fluorescentnu svetlost jednog molekula apsorbuje drugi molekul.</s><s>Međutim, ako su molekuli dovoljno blizu jedan drugom, ne mora doći do emisije fotona, nego se escitirano stanje, ’’’eksciton’’’, jednog molekula kao kvant energije prenosi na drugi molekul.</s><s>Ova pojava se zove ’’’indukovana rezonancija’’’ i ima veliki značaj za primarne procese u fotosintezi.</s><s>Prenos ekscitoan se može obaviti na molekul koji apsorbuje svetlost iste ili manje energije, odnosno veće talasne dužine.</s><s>Na taj način, apsorbovana energija može u vidu ekscitona da se prense preko većeg broja molekula pigmenata i uvek je kanalisana u pravcu molekula koji apsorbuje svetlost sa najvećom talasnom dužinom.</s>

<s>Fotohemijska reakcija 
Sva tri opisana načina deekscitacije predsatavljaju dobtro poznate fizičke promene, koje se sreću i u toku fotosintetičkog procesa, no one nisu način kojim se energiaj svetlosti koristi u fotosintezi.</s><s>U njima se svetlost apsorbuje i odmah potom ponovo emituje, ne menjajući stanje u kome se nalaze molekuli pigmenata.</s><s>Fotosinteza započinje tek kada ekscitirani molekul hlorofila izgubi elektron koji se našao na orbiti sa višom energijom.</s><s>Da bi se to dogodilo, potrebno je da u blizini ekscitiranog hlorofila postoji neko jedinjen je koje taj elektron može da primi, tj. akceptor elektrona.</s><s>Pri tom se hlorofil oksiduje i ostaje pozitivno naelektrisan, a akceptor se redukuje.</s><s>U molekulu hlorofila osatje elektronska praznina i hlorofil sada prima elektron od trećeg jedinjenja, koje psotaje donor.</s><s>Redukcija nekog jedinjenja nije više fizička, već fotohemijska pojava.</s><s>To je prva oksido-redukujuća reakciaja, kojom počinje fotohemijska faza fotosinteze.</s><s>SVetlosna energija koja je dovela do ekscitaronog stanja hlorofila i koja je pretvorena u redukcioni ekvivalent, predstavlja inicijalnu energiju koja pokreće sve kasnije fotosintetičke reakcije.</s>

<s>Vidi još 
 Fotosinteza
 Hlorofil
 Elektromagnetsko zračenje
 Elektromagnetski spektar</s>

<s>Reference</s>

<s>Literatura 
 Peter W. Atkins: Physikalische Chemie.</s><s>VCH, 1987/88,. , S. 305.</s><s>Georg Wittke: Farbstoffchemie.</s><s>3. Aufl., Diesterweg, Frankfurt am Main 1992,. .</s><s>H.G. O. Becker: Einführung in die Photochemie.</s><s>Deutscher Verlag der Wissenschaften, 1991,. .</s><s>Paul A.Tipler, Gene Mosca: Physik für Wissenschaftler und Ingenieure.</s><s>2. Aufl., 2004,. , S. 994–996.</s>

<s>Spoljašnje veze</s>

<s>https://svejefizika.wordpress.com/2014/01/08/apsorpcija-svetlosti/
 http://bs.scribd.com/doc/278664710/Bioloski-fakultet-Beograd-Fotosinteza-I#scribd
 https://web.archive.org/web/20151127154040/http://megasrbija.com/udzbenici</s>

<s>Fotosinteza</s>

