Ποια είναι η χημική επίδραση του φωτός;

Σήμερα θα σας πούμε ποια είναι η χημική δράση του φωτός, πώς εφαρμόζεται αυτό το φαινόμενο τώρα και ποιο είναι το ιστορικό της ανακάλυψής του.

Φως και σκοτάδι

Όλη η λογοτεχνία (από τη Βίβλο έως τη σύγχρονημυθοπλασία) εκμεταλλεύεται αυτά τα δύο αντίθετα. Επιπλέον, το φως συμβολίζει πάντα μια καλή αρχή και το σκοτάδι - κακό και κακό. Εάν δεν πάτε στη μεταφυσική και δεν κατανοήσετε την ουσία του φαινομένου, τότε η βάση της αιώνιας αντίθεσης είναι ο φόβος του σκότους, ή μάλλον, η απουσία φωτός.

Το ανθρώπινο μάτι και το ηλεκτρομαγνητικό φάσμα

Το ανθρώπινο μάτι είναι σχεδιασμένο έτσι ώστε οι άνθρωποιαντιλαμβάνονται ηλεκτρομαγνητικές δονήσεις συγκεκριμένου μήκους κύματος. Το μεγαλύτερο μήκος κύματος ανήκει στο κόκκινο φως (λ = 380 νανόμετρα), το μικρότερο στο ιώδες (λ = 780 νανόμετρα). Το πλήρες φάσμα των ηλεκτρομαγνητικών ταλαντώσεων είναι πολύ ευρύτερο και το ορατό τμήμα του καταλαμβάνει μόνο ένα μικρό μέρος. Ένα άτομο αντιλαμβάνεται υπέρυθρες δονήσεις από ένα άλλο αισθητήριο όργανο - το δέρμα. Οι άνθρωποι γνωρίζουν αυτό το μέρος του φάσματος ως ζεστασιά. Κάποιος μπορεί να δει λίγο υπεριώδες φως (θυμηθείτε τον κύριο χαρακτήρα της ταινίας "Planet Ka-Pax").

Το κύριο κανάλι λήψης πληροφοριών γιαένα άτομο είναι ένα μάτι. Ως εκ τούτου, οι άνθρωποι χάνουν την ικανότητα να αξιολογούν τι συμβαίνει γύρω τους όταν, μετά τη δύση του ηλίου, το ορατό φως εξαφανίζεται. Το σκοτεινό δάσος γίνεται αδιαχείριστο και επικίνδυνο. Και όπου υπάρχει κίνδυνος, υπάρχει και φόβος να έρθει κάποιος άγνωστος και να «τσιμπήσει το βαρέλι». Τα φοβερά και κακά πλάσματα ζουν στο σκοτάδι και τα ευγενικά και κατανοητά ζουν στο φως.

Κλίμακα ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων. Μέρος πρώτο: χαμηλές ενέργειες

Όταν εξετάζουμε τη χημική δράση του φωτός, η φυσική συνήθως σημαίνει το ορατό φάσμα.

Για να κατανοήσουμε τι είναι γενικά το φως, θα πρέπει πρώτα να μιλήσουμε για όλες τις πιθανές παραλλαγές ηλεκτρομαγνητικών ταλαντώσεων:

1. Ραδιοκύματα.Το μήκος κύματός τους είναι τόσο μεγάλο που μπορούν να λυγίσουν γύρω από τη Γη. Ανακλώνται από το ιοντικό στρώμα του πλανήτη και μεταφέρουν πληροφορίες στους ανθρώπους. Η συχνότητά τους είναι 300 gigahertz ή λιγότερο και το μήκος κύματος είναι από 1 χιλιοστό ή περισσότερο (στο μέλλον - στο άπειρο).
2. Υπέρυθρη ακτινοβολία.Όπως είπαμε παραπάνω, ένα άτομο αντιλαμβάνεται το υπέρυθρο φάσμα ως ζεστό. Το μήκος κύματος αυτού του τμήματος του φάσματος είναι υψηλότερο από αυτό του ορατού - από 1 χιλιοστό έως 780 νανόμετρα και η συχνότητα είναι χαμηλότερη - από 300 έως 429 terahertz.
3. Ορατό φάσμα. Αυτό το μέρος ολόκληρης της ζυγαριάς που αντιλαμβάνεται το ανθρώπινο μάτι. Μήκος κύματος από 380 έως 780 νανόμετρα, συχνότητα από 429 έως 750 terahertz.

Κλίμακα ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων. Μέρος δεύτερο: υψηλές ενέργειες

Τα κύματα που αναφέρονται παρακάτω έχουν διπλή σημασία: είναι θανατηφόρα για τη ζωή, αλλά την ίδια στιγμή, η βιολογική ύπαρξη δεν θα μπορούσε να προκύψει χωρίς αυτά.

1. Υπεριωδης ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ.Η ενέργεια αυτών των φωτονίων είναι υψηλότερη από τα ορατά. Προμηθεύονται από το κεντρικό μας φωτιστικό, τον Ήλιο. Και τα χαρακτηριστικά της ακτινοβολίας είναι τα εξής: μήκος κύματος από 10 έως 380 νανόμετρα, συχνότητα από 3 * 10¹⁴ έως 3 * 10¹⁶ Χέρτζ.
2. ακτινογραφίες.Όλοι όσοι έχουν σπασμένα κόκαλα είναι εξοικειωμένοι με αυτά. Αλλά αυτά τα κύματα χρησιμοποιούνται όχι μόνο στην ιατρική. Και τα ηλεκτρόνια τους εκπέμπουν με μεγάλη ταχύτητα, η οποία επιβραδύνει σε ένα ισχυρό πεδίο, ή βαριά άτομα, από τα οποία έχει τραβηχτεί ένα ηλεκτρόνιο από το εσωτερικό κέλυφος. Μήκος κύματος από 5 πικόμετρα έως 10 νανόμετρα, η συχνότητα κυμαίνεται μεταξύ των τιμών 3 * 10¹⁶-6 * 10¹⁹ Χέρτζ.
3. Ακτινοβολία γάμμα.Η ενέργεια αυτών των κυμάτων συχνά συμπίπτει με τις ακτίνες Χ. Το φάσμα τους επικαλύπτεται σημαντικά, μόνο η πηγή προέλευσης είναι διαφορετική. Οι ακτίνες γάμμα παράγονται μόνο με πυρηνικές ραδιενεργές διεργασίες. Όμως, σε αντίθεση με τις ακτίνες Χ, η γ-ακτινοβολία μπορεί να έχει υψηλότερες ενέργειες.

Δώσαμε τις κύριες ενότητες της κλίμακαςΗλεκτρομαγνητικά κύματα. Κάθε μία από τις μπάντες χωρίζεται σε μικρότερα τμήματα. Για παράδειγμα, μπορείτε συχνά να ακούσετε "σκληρές ακτίνες Χ" ή "υπεριώδεις ακτίνες κενού". Αλλά αυτή η ίδια η διαίρεση είναι υπό όρους: πού είναι τα όρια ενός και η αρχή ενός άλλου φάσματος, είναι μάλλον δύσκολο να προσδιοριστεί.

Φως και μνήμη

Όπως είπαμε, η κύρια ροή πληροφοριώνο ανθρώπινος εγκέφαλος λαμβάνει μέσω της όρασης. Πώς όμως κρατάτε σημαντικά σημεία; Πριν από την εφεύρεση της φωτογραφίας (η χημική δράση του φωτός εμπλέκεται άμεσα σε αυτή τη διαδικασία), μπορούσε κανείς να γράψει τις εντυπώσεις του σε ένα ημερολόγιο ή να καλέσει έναν καλλιτέχνη να ζωγραφίσει ένα πορτρέτο ή έναν πίνακα. Η πρώτη μέθοδος είναι υποκειμενική, η δεύτερη - δεν μπορούν όλοι να το αντέξουν οικονομικά.

Όπως πάντα, η τύχη βοήθησε να βρεθεί μια εναλλακτική λύση στη λογοτεχνία και τη ζωγραφική. Η ικανότητα του νιτρικού αργύρου (AgNO₃) το σκοτάδι στον αέρα είναι γνωστό από παλιά.Με βάση αυτό το γεγονός, κατασκευάστηκε μια φωτογραφία. Η χημική δράση του φωτός έγκειται στο γεγονός ότι η ενέργεια ενός φωτονίου προωθεί την απελευθέρωση καθαρού αργύρου από το άλας του. Η αντίδραση δεν είναι σε καμία περίπτωση καθαρά φυσική.

Το 1725, ο Γερμανός φυσικός I.G. Schultz αναμείχθηκε κατά λάθος νιτρικό οξύ, στο οποίο διαλύθηκε το ασήμι, με κιμωλία. Και τότε παρατήρησε επίσης κατά λάθος ότι το φως του ήλιου σκουραίνει το μείγμα.

Ακολούθησε μια σειρά από εφευρέσεις. Οι φωτογραφίες τυπώθηκαν σε χαλκό, χαρτί, γυαλί και τέλος σε πολυμερές φιλμ.

Τα πειράματα του Λεμπέντεφ

Πιο πάνω είπαμε ότι είναι πρακτικόη ανάγκη διατήρησης των εικόνων οδήγησε σε πειράματα, και αργότερα - σε θεωρητικές ανακαλύψεις. Μερικές φορές συμβαίνει το αντίστροφο: ένα ήδη υπολογισμένο γεγονός πρέπει να επιβεβαιωθεί με πείραμα. Οι επιστήμονες έχουν μαντέψει εδώ και καιρό ότι τα φωτόνια του φωτός δεν είναι μόνο κύματα, αλλά και σωματίδια.

Ο Λεμπέντεφ κατασκεύασε μια συσκευή βασισμένη στη στρέψηΖυγός. Όταν το φως έπεσε στις πλάκες, το βέλος παρέκκλινε από τη θέση «0». Έτσι αποδείχθηκε ότι τα φωτόνια μεταφέρουν ορμή στις επιφάνειες, πράγμα που σημαίνει ότι ασκούν πίεση σε αυτές. Και η χημική δράση του φωτός σχετίζεται άμεσα με αυτό.

Όπως έδειξε ήδη ο Αϊνστάιν, η μάζα και η ενέργεια είναιίδιο. Κατά συνέπεια, το φωτόνιο, «διαλυόμενο» στην ουσία, της δίνει την ουσία του. Το σώμα μπορεί να χρησιμοποιήσει τη λαμβανόμενη ενέργεια με διαφορετικούς τρόπους, μεταξύ άλλων για χημικούς μετασχηματισμούς.

Βραβείο Νόμπελ και ηλεκτρόνια

Ο επιστήμονας Άλμπερτ Αϊνστάιν, που ήδη αναφέραμε, είναι γνωστός χάρη στην ειδική θεωρία της σχετικότητας, τον τύπο E = mc² και απόδειξη σχετικιστικών επιδράσεων.Αλλά έλαβε το κύριο βραβείο επιστήμης όχι για αυτό, αλλά για μια άλλη πολύ ενδιαφέρουσα ανακάλυψη. Ο Αϊνστάιν απέδειξε με μια σειρά πειραμάτων ότι το φως μπορεί να «αρπάξει» ένα ηλεκτρόνιο από την επιφάνεια ενός φωτισμένου σώματος. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται εξωτερικό φωτοηλεκτρικό φαινόμενο. Λίγο αργότερα, ο ίδιος Αϊνστάιν ανακάλυψε ότι υπάρχει και ένα εσωτερικό φωτοηλεκτρικό φαινόμενο: όταν ένα ηλεκτρόνιο δεν φεύγει από το σώμα υπό την επίδραση του φωτός, αλλά ανακατανέμεται, περνά στη ζώνη αγωγιμότητας. Και η φωτιζόμενη ουσία αλλάζει την ιδιότητα αγωγιμότητας!

Τομείς στους οποίους εφαρμόζεται αυτό το φαινόμενοπολλά: από καθοδικούς λαμπτήρες μέχρι «ένταξη» στο δίκτυο των ημιαγωγών. Η ζωή μας στη σύγχρονη μορφή της θα ήταν αδύνατη χωρίς τη χρήση του φωτοηλεκτρικού φαινομένου. Η χημική δράση του φωτός επιβεβαιώνει μόνο ότι η ενέργεια ενός φωτονίου στην ύλη μπορεί να μετατραπεί σε διάφορες μορφές.

Τρύπες του όζοντος και λευκές κηλίδες

Λίγο πιο πάνω είπαμε ότι όταν χημικόΟι αντιδράσεις συμβαίνουν υπό την επίδραση της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας, εννοείται η οπτική περιοχή. Το παράδειγμα που θέλουμε να δώσουμε τώρα ξεπερνάει λίγο αυτό.

Οι επιστήμονες σε όλο τον πλανήτη έκρουσαν πρόσφατα τον κώδωνα του κινδύνου:μια τρύπα του όζοντος κρέμεται πάνω από την Ανταρκτική, επεκτείνεται συνεχώς και σίγουρα θα τελειώσει άσχημα για τη Γη. Αλλά στη συνέχεια αποδείχθηκε ότι όλα δεν ήταν τόσο τρομακτικά. Πρώτον, το στρώμα του όζοντος πάνω από την έκτη ήπειρο είναι απλώς πιο λεπτό από αλλού. Δεύτερον, οι διακυμάνσεις στο μέγεθος αυτού του σημείου δεν εξαρτώνται από την ανθρώπινη δραστηριότητα, καθορίζονται από την ένταση του ηλιακού φωτός.

Αλλά από πού προέρχεται το όζον;Και αυτή είναι απλώς μια ελαφροχημική αντίδραση. Το υπεριώδες φως που εκπέμπει ο ήλιος συναντά το οξυγόνο στην ανώτερη ατμόσφαιρα. Υπάρχει πολλή υπεριώδης ακτινοβολία, λίγο οξυγόνο και σπανίζει. Πάνω είναι μόνο ανοιχτός χώρος και κενό. Και η ενέργεια της υπεριώδους ακτινοβολίας είναι ικανή να διασπάσει σταθερά μόρια Ο₂ σε δύο ατομικά οξυγόνο. Και τότε το επόμενο κβαντικό υπεριώδες συμβάλλει στη δημιουργία της ένωσης Ο₃... Αυτό είναι το όζον.

Το αέριο όζον είναι θανατηφόρο για όλα τα ζωντανά όντα.Είναι πολύ αποτελεσματικό στη θανάτωση βακτηρίων και ιών που χρησιμοποιούνται από τον άνθρωπο. Μια μικρή συγκέντρωση αερίου στην ατμόσφαιρα δεν είναι επιβλαβής, αλλά απαγορεύεται η εισπνοή καθαρού όζοντος.

Αυτό το αέριο είναι επίσης πολύ αποτελεσματικό στην απορρόφησηυπεριώδη κβάντα. Επομένως, το στρώμα του όζοντος είναι τόσο σημαντικό: προστατεύει τους κατοίκους της επιφάνειας του πλανήτη από την περίσσεια ακτινοβολίας που μπορεί να αποστειρώσει ή να σκοτώσει όλους τους βιολογικούς οργανισμούς. Ας ελπίσουμε ότι είναι πλέον ξεκάθαρο σε τι βρίσκεται η χημική επίδραση του φωτός.