Kakav je hemijski efekat svetlosti?

2024 Autor: Angel Austin | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-02 17:42

Danas ćemo vam reći šta je hemijski efekat svetlosti, kako se ovaj fenomen sada primenjuje i kakva je istorija njegovog otkrića.

Svjetlo i tama

Sva literatura (od Biblije do moderne fikcije) iskorištava ove dvije suprotnosti. Štaviše, svjetlost uvijek simbolizira dobar početak, a tama - loše i zlo. Ako ne uđete u metafiziku i ne shvatite suštinu fenomena, onda je osnova vječne konfrontacije strah od tame, odnosno odsustvo svjetla.

Ljudsko oko i elektromagnetski spektar

Ljudsko oko je dizajnirano tako da ljudi percipiraju elektromagnetne vibracije određene talasne dužine. Najduža talasna dužina pripada crvenoj svetlosti (λ=380 nanometara), a najkraća ljubičasta (λ=780 nanometara). Puni spektar elektromagnetnih oscilacija je mnogo širi, a njegov vidljivi dio zauzima samo mali dio. Osoba percipira infracrvene vibracije drugim čulom - kožom. Ovaj dio spektra ljudi poznaju kao toplina. Neko može da vidi malo ultraljubičastog (mislite na glavnog lika u filmu "Planet Ka-Pax").

Glavni kanalinformacija za osobu je oko. Zbog toga ljudi gube sposobnost da procijene šta se dešava okolo kada vidljiva svjetlost nestane nakon zalaska sunca. Tamna šuma postaje nekontrolisana, opasna. A tamo gde je opasnost, postoji i bojazan da će neko nepoznat doći i "zagristi bure". Strašna i zla stvorenja žive u mraku, ali ljubazna i razumna stvorenja žive na svjetlu.

Skala elektromagnetnih talasa. Prvi dio: niske energije

Kada se razmatra hemijsko dejstvo svetlosti, fizika podrazumeva normalno vidljivi spektar.

Da biste razumjeli šta je svjetlost općenito, prvo bi trebali razgovarati o svim mogućim opcijama za elektromagnetne oscilacije:

1. Radio talasi. Njihova talasna dužina je toliko duga da mogu obići Zemlju. Oni se reflektuju od jonskog sloja planete i prenose informacije ljudima. Njihova frekvencija je 300 gigaherca ili manje, a talasna dužina od 1 milimetra ili više (u budućnosti - do beskonačnosti).
2. Infracrveno zračenje. Kao što smo već rekli, osoba percipira infracrveni opseg kao toplotu. Talasna dužina ovog dijela spektra je veća od one vidljivog - od 1 milimetra do 780 nanometara, a frekvencija je niža - od 300 do 429 teraherca.
3. Vidljivi spektar. Taj dio cijele skale koji ljudsko oko percipira. Talasna dužina od 380 do 780 nanometara, frekvencija od 429 do 750 teraherca.

Skala elektromagnetnih talasa. Drugi dio: Visoke energije

Dole navedeni talasi imaju dvostruko značenje: smrtonosni suopasno po život, ali u isto vrijeme, bez njih, biološka egzistencija ne bi mogla nastati.

1. UV zračenje. Energija ovih fotona je veća od energije vidljivih. Opskrbljuje ih naše centralno svjetlo, Sunce. A karakteristike zračenja su sledeće: talasna dužina od 10 do 380 nanometara, frekvencija od 310¹⁴ do 310^{16 Herca.}
2. X-zrake. Svako ko ima slomljene kosti je upoznat sa njima. Ali ovi valovi se ne koriste samo u medicini. A njihovi elektroni zrače velikom brzinom, koja se usporava u jakom polju, ili teški atomi, u kojima je elektron istrgnut iz unutrašnje ljuske. Talasna dužina od 5 pikometara do 10 nanometara, frekvencijski rasponi između 310¹⁶-610^{19 Herca.}
3. Gama zračenje. Energija ovih talasa se često poklapa sa energijom rendgenskih zraka. Njihov spektar se značajno preklapa, razlikuje se samo izvor porijekla. Gama zraci nastaju samo nuklearnim radioaktivnim procesima. Ali, za razliku od X-zraka, γ-zračenje je sposobno za veće energije.

Dali smo glavne dijelove skale elektromagnetnih valova. Svaki od opsega je podijeljen na manje dijelove. Na primjer, često se mogu čuti "tvrdi rendgenski zraci" ili "vakumski ultraljubičasti". Ali sama ova podjela je uslovna: prilično je teško odrediti gdje su granice jednog i početka drugog spektra.

Svjetlo i memorija

Kao što smo već rekli, ljudski mozak prima glavni tok informacija kroz vid. Ali kako sačuvati važne trenutke? Prije pronalaska fotografije (u to je uključeno kemijsko djelovanje svjetlostiproces direktno), moglo bi se zapisati svoje utiske u dnevnik ili pozvati umjetnika da naslika portret ili sliku. Prvi način griješi subjektivnost, drugi - ne može si to priuštiti svako.

Kao i uvijek, slučaj je pomogao da se pronađe alternativa književnosti i slikarstvu. Sposobnost srebrnog nitrata (AgNO_{3) da potamni na vazduhu je odavno poznata. Na osnovu ove činjenice napravljena je fotografija. Hemijski efekat svjetlosti je da energija fotona doprinosi odvajanju čistog srebra od njegove soli. Reakcija nikako nije čisto fizička.}

Godine 1725., njemački fizičar I. G. Schultz je slučajno pomiješao azotnu kiselinu, u kojoj je rastvoreno srebro, sa kredom. I onda sam slučajno primijetio da sunčeva svjetlost potamni smjesu.

Uslijedio je niz izuma. Fotografije su štampane na bakru, papiru, staklu i na kraju na plastičnoj foliji.

Lebedevi eksperimenti

Rekli smo gore da je praktična potreba za čuvanjem slika dovela do eksperimenata, a kasnije i do teorijskih otkrića. Ponekad se dešava i obrnuto: već izračunatu činjenicu treba potvrditi eksperimentom. Činjenicu da fotoni svjetlosti nisu samo valovi, već i čestice, naučnici su odavno nagađali.

Lebedev je napravio uređaj zasnovan na torzionim vagama. Kada je svjetlost pala na ploče, strelica je odstupila od položaja "0". Tako je dokazano da fotoni prenose zamah na površine, što znači da vrše pritisak na njih. I hemijsko djelovanje svjetlosti ima mnogo veze s tim.

Kao što je Ajnštajn već pokazao, masa i energija su jedno te isto. Shodno tome, foton, "otapajući" se u supstanci, daje joj suštinu. Tijelo može iskoristiti primljenu energiju na različite načine, uključujući i za hemijske transformacije.

Nobelova nagrada i elektroni

Već pomenuti naučnik Albert Ajnštajn poznat je po svojoj specijalnoj teoriji relativnosti, formuli E=mc2 i dokazu relativističkih efekata. Ali on je dobio glavnu nagradu nauke ne za ovo, već za još jedno vrlo zanimljivo otkriće. Einstein je nizom eksperimenata dokazao da svjetlost može "izvući" elektron sa površine osvijetljenog tijela. Ovaj fenomen se naziva vanjski fotoelektrični efekat. Nešto kasnije, isti Ajnštajn je otkrio da postoji i unutrašnji fotoelektrični efekat: kada elektron pod uticajem svetlosti ne napusti telo, već se preraspodeli, on prelazi u provodni pojas. I osvijetljena supstanca mijenja svojstvo provodljivosti!

Polja u kojima se ovaj fenomen primjenjuje su mnoga: od katodnih lampi do "uključivanja" u poluvodičku mrežu. Naš život u svom modernom obliku bio bi nemoguć bez upotrebe fotoelektričnog efekta. Hemijski efekat svjetlosti samo potvrđuje da se energija fotona u materiji može pretvoriti u različite oblike.

Ozonske rupe i bijele mrlje

Malo više smo rekli da kada se hemijske reakcije dešavaju pod uticajem elektromagnetnog zračenja, podrazumeva se optički opseg. Primjer koji sada želimo dati ide malo dalje od toga.

Nedavno su naučnici širom svijeta oglasili alarm: iznad Antarktikaozonska rupa visi, stalno se širi i ovo će se definitivno loše završiti za Zemlju. Ali onda se pokazalo da nije sve tako strašno. Prvo, ozonski omotač iznad šestog kontinenta jednostavno je tanji nego drugdje. Drugo, fluktuacije u veličini ove mrlje ne zavise od ljudske aktivnosti, one su određene intenzitetom sunčeve svjetlosti.

Ali odakle uopće dolazi ozon? A ovo je samo svjetlosno-hemijska reakcija. Ultraljubičasto zračenje koje Sunce emituje susreće se sa kiseonikom u gornjoj atmosferi. Ima puno ultraljubičastog, malo kiseonika, a razrijeđen je. Iznad samo otvoreni prostor i usisivač. A energija ultraljubičastog zračenja je sposobna da razbije stabilne O₂ molekule u dva atomska kiseonika. A onda sledeći UV kvant doprinosi stvaranju O_{3 veze. Ovo je ozon.}

Plin ozon je smrtonosan za sva živa bića. Veoma je efikasan u ubijanju bakterija i virusa koje koriste ljudi. Mala koncentracija gasa u atmosferi nije štetna, ali je zabranjeno udisati čisti ozon.

A ovaj gas veoma efikasno apsorbuje ultraljubičaste kvante. Stoga je ozonski omotač toliko važan: štiti stanovnike površine planete od viška zračenja koje može sterilizirati ili ubiti sve biološke organizme. Nadamo se da je sada jasno kakav je hemijski efekat svetlosti.