ما هو التأثير الكيميائي للضوء؟

سنخبرك اليوم ما هو الفعل الكيميائي للضوء ، وكيف يتم تطبيق هذه الظاهرة الآن وما هو تاريخ اكتشافها.

النور والظلام

كل الأدب (من الكتاب المقدس إلى الحديثالخيال) يستغل هذين الأضداد. علاوة على ذلك ، يرمز الضوء دائمًا إلى البداية الجيدة ، والظلمة - الشر والشر. إذا لم تخوض في الميتافيزيقا وفهمت جوهر الظاهرة ، فعندئذٍ يكمن الخوف من الظلام ، أو بالأحرى غياب الضوء ، على أساس المعارضة الأبدية.

العين البشرية والطيف الكهرومغناطيسي

تم تصميم العين البشرية بحيث الناسإدراك الاهتزازات الكهرومغناطيسية ذات طول موجي معين. أطول طول موجي ينتمي إلى الضوء الأحمر (λ = 380 نانومتر) ، أقصر هو البنفسجي (λ = 780 نانومتر). الطيف الكامل للتذبذبات الكهرومغناطيسية أوسع بكثير ، ويشغل الجزء المرئي جزءًا صغيرًا فقط. يلاحظ الشخص اهتزازات الأشعة تحت الحمراء مع عضو حاسة آخر - الجلد. يعرف الناس أن هذا الجزء من الطيف هو الدفء. شخص ما قادر على رؤية القليل من الضوء فوق البنفسجي (تذكر الشخصية الرئيسية في فيلم "Planet Ka-Pax").

القناة الرئيسية لتلقي المعلومات عنالإنسان عين. لذلك ، يفقد الناس القدرة على تقييم ما يحدث من حولهم عندما يختفي الضوء المرئي بعد غروب الشمس. تصبح الغابة المظلمة خطيرة وغير قابلة للإدارة. وحيث يوجد خطر ، هناك أيضًا خوف من أن يأتي شخص مجهول و "يعض البرميل". المخلوقات المخيفة والشريرة تعيش في الظلام ، والطيبة والمتفهمة تعيش في النور.

مقياس الموجات الكهرومغناطيسية. الجزء الأول: الطاقات المنخفضة

عند التفكير في التأثير الكيميائي للضوء ، عادةً ما تعني الفيزياء الطيف المرئي.

من أجل فهم ماهية الضوء بشكل عام ، يجب على المرء أولاً أن يتحدث عن جميع المتغيرات الممكنة للتذبذبات الكهرومغناطيسية:

1. موجات الراديو. الطول الموجي لها كبير لدرجة أنها تستطيع الانحناء حول الأرض. تنعكس من الطبقة الأيونية للكوكب وتحمل المعلومات إلى الناس. ترددها 300 جيجا هرتز أو أقل ، والطول الموجي من 1 ملم أو أكثر (في المستقبل - إلى اللانهاية).
2. الأشعة تحت الحمراء. كما قلنا أعلاه ، يرى الشخص أن نطاق الأشعة تحت الحمراء دافئ. الطول الموجي لهذا الجزء من الطيف أعلى من الطول الموجي المرئي - من 1 مليمتر إلى 780 نانومتر ، والتردد أقل - من 300 إلى 429 تيراهيرتز.
3. الطيف المرئي. ذلك الجزء من المقياس الذي تدركه العين البشرية. الطول الموجي من 380 إلى 780 نانومتر ، التردد من 429 إلى 750 تيراهيرتز.

مقياس الموجات الكهرومغناطيسية. الجزء الثاني: الطاقات العالية

للموجات المدرجة أدناه معنى مزدوج: فهي مميتة للحياة ، ولكن في الوقت نفسه ، لم يكن من الممكن أن ينشأ الوجود البيولوجي بدونها.

1. الأشعة فوق البنفسجية. طاقة هذه الفوتونات أعلى من تلك المرئية. يتم توفيرها من قبل النجم المركزي لدينا ، الشمس. وخصائص الإشعاع كالتالي: الطول الموجي من 10 إلى 380 نانومتر ، التردد من 3 * 10¹⁴ ما يصل إلى 3 * 10¹⁶ هيرتز.
2. الأشعة السينية. كل من كسر العظام يعرفهم. لكن هذه الموجات لا تستخدم فقط في الطب. وتنبعث إلكتروناتها بسرعة عالية ، والتي تتباطأ في مجال قوي ، أو ذرات ثقيلة ، يتم سحب الإلكترون منها من الغلاف الداخلي. الطول الموجي من 5 بيكومتر إلى 10 نانومتر ، يتراوح التردد بين 3 * 10¹⁶-6 * 10¹⁹ هيرتز.
3. أشعة غاما. غالبًا ما تتزامن طاقة هذه الموجات مع الأشعة السينية. يتداخل طيفهم بشكل كبير ، فقط مصدر الأصل مختلف. تحدث أشعة جاما فقط أثناء العمليات المشعة النووية. ولكن على عكس الأشعة السينية ، يمكن أن يكون لإشعاع بيتا طاقات أعلى.

لقد قدمنا ​​الأقسام الرئيسية للمقياسموجات كهرومغناطيسية. كل من العصابات مقسمة إلى أقسام أصغر. على سبيل المثال ، يمكنك غالبًا سماع "الأشعة السينية القاسية" أو "الفراغ فوق البنفسجي". لكن هذا التقسيم بحد ذاته مشروط: أين حدود أحدهما وبداية طيف آخر ، يصعب تحديده.

الضوء والذاكرة

كما قلنا ، التدفق الرئيسي للمعلوماتيتلقى دماغ الإنسان من خلال البصر. لكن كيف تحتفظ بالنقاط المهمة؟ قبل اختراع التصوير الفوتوغرافي (يشارك الفعل الكيميائي للضوء بشكل مباشر في هذه العملية) ، يمكن للمرء أن يكتب انطباعات المرء في يوميات أو استدعاء فنان لرسم صورة أو لوحة. الطريقة الأولى ذاتية ، والثانية - لا يستطيع الجميع تحملها.

كالعادة ، ساعدت الفرصة في إيجاد بديل للأدب والرسم قدرة نترات الفضة (AgNO₃) سواد الهواء معروف منذ فترة طويلة. بناءً على هذه الحقيقة ، تم إنشاء صورة. يكمن التأثير الكيميائي للضوء في حقيقة أن طاقة الفوتون تعزز إطلاق الفضة النقية من ملحها. رد الفعل ليس بأي حال من الأحوال المادية البحتة.

في عام 1725 ، قام الفيزيائي الألماني جي جي شولتز بخلط حمض النيتريك بطريق الخطأ ، حيث تم إذابة الفضة بالطباشير. ثم لاحظ أيضًا عن طريق الخطأ أن ضوء الشمس يغمق الخليط.

تبع ذلك عدد من الاختراعات. طُبعت الصور على النحاس والورق والزجاج وأخيراً على فيلم بوليمر.

تجارب ليبيديف

أعلاه ، قلنا ذلك عمليًاأدت الحاجة إلى الحفاظ على الصور إلى إجراء تجارب ، وفيما بعد - إلى الاكتشافات النظرية. يحدث العكس أحيانًا: يجب تأكيد الحقيقة المحسوبة بالفعل بالتجربة. اعتقد العلماء لفترة طويلة أن فوتونات الضوء ليست مجرد موجات ، بل هي أيضًا جسيمات.

بنى ليبيديف جهازًا يعتمد على الالتواءمقاييس. عندما سقط الضوء على الصفائح ، انحرف السهم عن الوضع "0". لذلك ثبت أن الفوتونات تنقل الزخم إلى الأسطح ، مما يعني أنها تضغط عليها. والعمل الكيميائي للضوء مرتبط مباشرة بهذا.

كما أظهر أينشتاين بالفعل ، الكتلة والطاقةنفسه. وبالتالي ، فإن الفوتون ، "المتحلل" في المادة ، يمنحه جوهره. يمكن للجسم استخدام الطاقة المتلقاة بطرق مختلفة ، بما في ذلك التحولات الكيميائية.

جائزة نوبل والإلكترونات

العالم ألبرت أينشتاين ، الذي ذكرناه سابقًا ، معروف بفضل نظرية النسبية الخاصة ، الصيغة E = mc² وإثبات الآثار النسبية. لكنه حصل على الجائزة الرئيسية في العلوم ليس لهذا ، ولكن لاكتشاف آخر مثير للاهتمام للغاية. أثبت أينشتاين من خلال عدد من التجارب أن الضوء يمكن أن "ينتزع" إلكترونًا من سطح جسم مضيء. هذه الظاهرة تسمى التأثير الكهروضوئي الخارجي. وبعد ذلك بقليل ، اكتشف أينشتاين نفسه أن هناك أيضًا تأثير كهروضوئي داخلي: عندما لا يترك الإلكترون الجسم تحت تأثير الضوء ، ولكن يُعاد توزيعه ، فإنه يمر في نطاق التوصيل. وتغير المادة المضيئة خاصية الموصلية!

المجالات التي تنطبق فيها هذه الظاهرةكثير: من مصابيح الكاثود إلى "التضمين" في شبكة أشباه الموصلات. ستكون حياتنا في شكلها الحديث مستحيلة بدون استخدام التأثير الكهروضوئي. يؤكد العمل الكيميائي للضوء فقط أن طاقة الفوتون في مادة ما يمكن أن تتحول إلى أشكال مختلفة.

ثقوب الأوزون والبقع البيضاء

أعلى بقليل قلنا ذلك عند مادة كيميائيةتحدث التفاعلات تحت تأثير الإشعاع الكهرومغناطيسي ، والمقصود المدى البصري. المثال الذي نريد أن نقدمه الآن يتجاوز هذا بقليل.

أطلق العلماء في جميع أنحاء الكوكب مؤخرًا ناقوس الخطر:ثقب الأوزون معلق فوق القارة القطبية الجنوبية ، وهو يتوسع طوال الوقت ، ومن المؤكد أنه سينتهي بشكل سيء على الأرض. ولكن بعد ذلك اتضح أن كل شيء لم يكن مخيفًا للغاية. أولاً ، طبقة الأوزون فوق القارة السادسة أرق من أي مكان آخر. ثانيًا ، التقلبات في حجم هذه البقعة لا تعتمد على النشاط البشري ، فهي تحددها شدة ضوء الشمس.

لكن من أين يأتي الأوزون؟وهذا مجرد تفاعل كيميائي خفيف. يلتقي الضوء فوق البنفسجي الذي تنبعث منه الشمس بالأكسجين في الغلاف الجوي العلوي. هناك الكثير من الأشعة فوق البنفسجية وقليل من الأكسجين ويتخلخل. أعلاه هو فقط مساحة مفتوحة وفراغ. وطاقة الأشعة فوق البنفسجية قادرة على تكسير جزيئات O المستقرة₂ إلى قسمين من الأكسجين الذري. ثم يساهم كم الأشعة فوق البنفسجية التالي في تكوين المركب O₃... هذا هو الأوزون.

غاز الأوزون قاتل لجميع الكائنات الحية.إنه فعال للغاية في قتل البكتيريا والفيروسات التي يستخدمها الإنسان. إن وجود تركيز ضئيل للغاز في الغلاف الجوي ليس ضارًا ، لكن يمنع استنشاق الأوزون النقي.

هذا الغاز فعال أيضًا في الامتصاصالكميات فوق البنفسجية. لذلك ، فإن طبقة الأوزون مهمة للغاية: فهي تحمي سكان سطح الكوكب من فائض الإشعاع الذي يمكن أن يعقم أو يقتل جميع الكائنات الحية. نأمل أن يكون التأثير الكيميائي للضوء واضحًا الآن.