Koks yra šviesos cheminis poveikis?

Šiandien mes jums pasakysime, koks yra cheminis šviesos veikimas, kaip šis reiškinys taikomas dabar ir kokia yra jo atradimo istorija.

Šviesa ir tamsa

Visa literatūra (nuo Biblijos iki šiuolaikinėsfantastika) išnaudoja šias dvi priešybes. Be to, šviesa visada simbolizuoja gerą pradžią, o tamsa - blogą ir blogą. Jei nesigilinate į metafiziką ir suprantate reiškinio esmę, tai amžino priešpriešos pagrindas yra tamsos baimė, tiksliau sakant, šviesos nebuvimas.

Žmogaus akis ir elektromagnetinis spektras

Žmogaus akis sukurta taip, kad žmonėssuvokti tam tikro bangos ilgio elektromagnetines vibracijas. Ilgiausias bangos ilgis priklauso raudonai šviesai (λ = 380 nanometrai), trumpiausias - violetinei (λ = 780 nanometrų). Visas elektromagnetinių virpesių spektras yra daug platesnis, o jo matoma dalis užima tik mažą dalį. Infraraudonųjų spindulių vibracijas žmogus suvokia kitu jutimo organu - oda. Žmonės šią spektro dalį žino kaip šilumą. Kažkas sugeba pamatyti šiek tiek ultravioletinių spindulių (prisimink pagrindinį filmo „Planeta Ka-Pax“ veikėją).

Pagrindinis kanalas, skirtas gauti informaciją apiežmogus yra akis. Todėl žmonės praranda galimybę įvertinti, kas vyksta aplinkui, kai po saulėlydžio dingsta matoma šviesa. Tamsus miškas tampa nevaldomas ir pavojingas. O kur yra pavojus, taip pat baiminamasi, kad ateis kažkas nežinomas ir „įkandęs statinę“. Baimingi ir pikti padarai gyvena tamsoje, o malonūs ir supratingi - šviesoje.

Elektromagnetinių bangų skalė. Pirmoji dalis: mažai energijos

Svarstant cheminį šviesos poveikį, fizika paprastai reiškia matomą spektrą.

Norint suprasti, kas apskritai yra šviesa, pirmiausia reikėtų kalbėti apie visus galimus elektromagnetinių virpesių variantus:

1. Radio bangos.Jų bangos ilgis yra toks didelis, kad jie gali sulenkti aplink Žemę. Jie atsispindi nuo joninio planetos sluoksnio ir perduoda informaciją žmonėms. Jų dažnis yra 300 gigahercų ar mažesnis, o bangos ilgis yra nuo 1 milimetro ar daugiau (ateityje - iki begalybės).
2. Infraraudonoji spinduliuotė.Kaip minėjome aukščiau, žmogus suvokia infraraudonųjų spindulių diapazoną kaip šiltą. Šios spektro dalies bangos ilgis yra didesnis nei matomosios - nuo 1 milimetro iki 780 nanometrų, o dažnis mažesnis - nuo 300 iki 429 terahercų.
3. Matomas spektras. Tą visos skalės dalį, kurią suvokia žmogaus akis. Bangos ilgis nuo 380 iki 780 nanometrų, dažnis nuo 429 iki 750 terahercų.

Elektromagnetinių bangų skalė. Antra dalis: didelės energijos

Žemiau išvardytos bangos turi dvigubą prasmę: jos yra mirtinos gyvybei, tačiau tuo pat metu biologinė egzistencija be jų negalėjo atsirasti.

1. Ultravioletinė radiacija.Šių fotonų energija yra didesnė už matomų. Juos tiekia mūsų centrinis šviestuvas Saulė. Spinduliavimo charakteristikos yra šios: bangos ilgis nuo 10 iki 380 nanometrų, dažnis nuo 3 * 10¹⁴ iki 3 * 10¹⁶ Hercas.
2. Rentgeno spinduliai.Visi, kuriems lūžo kaulai, yra su jais susipažinę. Bet šios bangos naudojamos ne tik medicinoje. Jų elektronai skleidžia dideliu greičiu, kuris lėtėja stipriame lauke, arba sunkūs atomai, iš kurių iš vidinio apvalkalo buvo ištrauktas elektronas. Bangos ilgis nuo 5 iki 10 nanometrų, dažnis svyruoja tarp 3 * 10 reikšmių¹⁶-6 * 10¹⁹ Hercas.
3. Gama spinduliuotė.Šių bangų energija dažnai sutampa su rentgeno spinduliais. Jų spektras labai sutampa, skiriasi tik kilmės šaltinis. Gama spindulius gamina tik branduoliniai radioaktyvieji procesai. Tačiau, skirtingai nuo rentgeno spindulių, γ spinduliuotė gali turėti didesnę energiją.

Pateikėme pagrindines skalės daliselektromagnetinės bangos. Kiekviena juosta yra padalinta į mažesnes dalis. Pavyzdžiui, dažnai galite išgirsti „kietus rentgeno spindulius“ arba „vakuuminius ultravioletinius spindulius“. Bet pats šis dalijimasis yra savavališkas: kur yra vieno spektro ribos ir kito spektro pradžia, gana sunku nustatyti.

Šviesa ir atmintis

Kaip sakėme, pagrindinis informacijos srautasžmogaus smegenys gauna per regėjimą. Bet kaip išlaikyti svarbius dalykus? Prieš išrandant fotografiją (cheminis šviesos veikimas yra tiesiogiai susijęs su šiuo procesu), galima būtų užsirašyti savo įspūdžius į dienoraštį arba pakviesti menininką nutapyti portretą ar paveikslą. Pirmasis metodas yra subjektyvus, antrasis - ne visi gali sau tai leisti.

Kaip visada atsitiktinumas padėjo rasti alternatyvą literatūrai ir tapybai. Sidabro nitrato (AgNO₃) tamsėjimas ore jau seniai žinomas.Remiantis šiuo faktu, buvo pastatyta nuotrauka. Cheminis šviesos veikimas slypi tame, kad fotono energija skatina gryno sidabro išsiskyrimą iš jo druskos. Reakcija anaiptol nėra vien fizinė.

1725 m. Vokiečių fizikas J. G. Schultzas atsitiktinai sumaišė azoto rūgštį, kurioje buvo ištirpintas sidabras, su kreida. Ir tada jis netyčia pastebėjo, kad saulės šviesa tamsina mišinį.

Po to atsirado keletas išradimų. Nuotraukos buvo atspausdintos ant vario, popieriaus, stiklo ir galiausiai ant polimerinės plėvelės.

Lebedevo eksperimentai

Aukščiau mes pasakėme, kad praktiškaporeikis išsaugoti vaizdus paskatino eksperimentus, o vėliau - prie teorinių atradimų. Kartais nutinka atvirkščiai: jau apskaičiuotą faktą reikia patvirtinti eksperimentu. Mokslininkai ilgą laiką spėjo, kad šviesos fotonai yra ne tik bangos, bet ir dalelės.

Lebedevas pastatė prietaisą, pagrįstą sukimusvarstyklės. Kai ant plokščių krito šviesa, rodyklė nukrypo nuo „0“ padėties. Taigi buvo įrodyta, kad fotonai perduoda impulsą į paviršius, o tai reiškia, kad jie daro jiems spaudimą. Cheminis šviesos veikimas yra tiesiogiai susijęs su tuo.

Kaip jau parodė Einšteinas, masė ir energija yratas pats. Vadinasi, fotonas, „ištirpęs“ substancijoje, suteikia jam savo esmę. Kūnas gali naudoti gautą energiją įvairiais būdais, įskaitant chemines transformacijas.

Nobelio premija ir elektronai

Mūsų jau minėtas mokslininkas Albertas Einšteinas yra žinomas dėl specialiosios reliatyvumo teorijos, formulės E = mc² ir reliatyvistinio poveikio įrodymas.Bet pagrindinį mokslo prizą jis gavo ne už tai, o už dar vieną labai įdomų atradimą. Einšteinas daugeliu eksperimentų įrodė, kad šviesa gali „išplėšti“ elektroną nuo apšviesto kūno paviršiaus. Šis reiškinys vadinamas išoriniu fotoelektriniu efektu. Kiek vėliau tas pats Einšteinas atrado, kad egzistuoja ir vidinis fotoelektrinis efektas: kai elektronas šviesos veikiamas nepalieka kūno, bet yra perskirstomas, jis pereina į laidumo juostą. Ir apšviesta medžiaga keičia laidumo savybę!

Sritys, kuriose taikomas šis reiškinysdaug: nuo katodo lempų iki „įtraukimo“ į puslaidininkių tinklą. Mūsų gyvenimas šiuolaikine forma būtų neįmanomas nenaudojant fotoelektrinio efekto. Cheminis šviesos poveikis tik patvirtina, kad fotono energija materijoje gali būti paversta įvairiomis formomis.

Ozono skylės ir baltos dėmės

Šiek tiek aukščiau mes sakėme, kad kai cheminisreakcijos vyksta veikiant elektromagnetinei spinduliuotei, turimas omenyje optinis diapazonas. Pavyzdys, kurį norime pateikti dabar, šiek tiek pralenkia.

Visos planetos mokslininkai neseniai paskelbė pavojaus signalą:virš Antarktidos kabo ozono skylė, ji nuolat plečiasi ir tikrai baigsis Žemei. Bet tada paaiškėjo, kad viskas nebuvo taip baisu. Pirma, ozono sluoksnis virš šeštojo žemyno yra tiesiog plonesnis nei kitur. Antra, šios vietos dydžio svyravimai nepriklauso nuo žmogaus veiklos, juos lemia saulės spindulių intensyvumas.

Bet iš kur ozonas?Ir tai tik šviesos-cheminė reakcija. Saulės skleidžiama ultravioletinė šviesa viršutiniame atmosferos kampe susitinka su deguonimi. Yra daug ultravioletinių spindulių, mažai deguonies, ir jis retinamas. Aukščiau yra tik atvira erdvė ir vakuumas. O ultravioletinių spindulių energija sugeba skaidyti stabilias O molekules₂ į du atominius deguonis. Tada kitas UV kvantas prisideda prie junginio O sukūrimo₃... Tai ozonas.

Ozono dujos yra gyvybiškai pavojingos.Jis labai efektyviai naikina bakterijas ir virusus, kuriuos naudoja žmonės. Nedidelė dujų koncentracija atmosferoje nėra kenksminga, tačiau draudžiama įkvėpti gryno ozono.

Šios dujos taip pat labai efektyviai sugeriaultravioletinių spindulių kvantai. Štai kodėl ozono sluoksnis yra toks svarbus: jis apsaugo planetos paviršiaus gyventojus nuo radiacijos pertekliaus, galinčio sterilizuoti ar sunaikinti visus biologinius organizmus. Tikimės, kad dabar aišku, koks yra cheminis šviesos poveikis.