Jaki jest chemiczny efekt światła?

2024 Autor: Angel Austin | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-02 17:54

Dzisiaj opowiemy, jaki jest efekt chemiczny światła, jak to zjawisko jest obecnie stosowane i jaka jest historia jego odkrycia.

Światło i ciemność

Cała literatura (od Biblii po współczesną fikcję) wykorzystuje te dwa przeciwieństwa. Co więcej, światło zawsze symbolizuje dobry początek, a ciemność - zło i zło. Jeśli nie zagłębisz się w metafizykę i nie zrozumiesz istoty zjawiska, to podstawą wiecznej konfrontacji jest strach przed ciemnością, a raczej brak światła.

Ludzkie oko i widmo elektromagnetyczne

Ludzkie oko jest zaprojektowane tak, aby ludzie odbierali wibracje elektromagnetyczne o określonej długości fali. Najdłuższa długość fali należy do światła czerwonego (λ=380 nanometrów), najkrótsza - fioletowego (λ=780 nanometrów). Pełne spektrum oscylacji elektromagnetycznych jest znacznie szersze, a jego widoczna część zajmuje tylko niewielką część. Osoba odbiera wibracje w podczerwieni za pomocą innego narządu zmysłu - skóry. Tę część widma ludzie znają jako ciepło. Ktoś jest w stanie zobaczyć trochę ultrafioletu (pomyśl o głównym bohaterze filmu „Planeta Ka-Pax”).

Kanał głównyinformacja dla osoby to oko. Dlatego ludzie tracą zdolność oceny tego, co dzieje się wokół, gdy światło widzialne znika po zachodzie słońca. Ciemny las staje się niekontrolowany, niebezpieczny. A tam, gdzie jest niebezpieczeństwo, jest też obawa, że ktoś nieznany przyjdzie i „ugryzie beczkę”. Straszne i złe stworzenia żyją w ciemności, ale dobre i wyrozumiałe stworzenia żyją w świetle.

Skala fal elektromagnetycznych. Część pierwsza: Niskie energie

Rozważając chemiczne działanie światła, fizyka oznacza zwykle widzialne widmo.

Aby ogólnie zrozumieć, czym jest światło, powinieneś najpierw porozmawiać o wszystkich możliwych opcjach dla oscylacji elektromagnetycznych:

1. Fale radiowe. Ich długość fali jest tak długa, że mogą okrążyć Ziemię. Odbijają się od warstwy jonowej planety i przenoszą informacje do ludzi. Ich częstotliwość wynosi 300 gigaherców lub mniej, a długość fali wynosi od 1 milimetra lub więcej (w przyszłości - do nieskończoności).
2. Promieniowanie podczerwone. Jak powiedzieliśmy powyżej, osoba postrzega zakres podczerwieni jako ciepło. Długość fali tej części widma jest większa niż widzialnej – od 1 milimetra do 780 nanometrów, a częstotliwość jest niższa – od 300 do 429 teraherców.
3. Widmo widzialne. Ta część całej skali, którą postrzega ludzkie oko. Długość fali od 380 do 780 nanometrów, częstotliwość od 429 do 750 teraherców.

Skala fal elektromagnetycznych. Część druga: Wysokie energie

Fale wymienione poniżej mają podwójne znaczenie: są zabójczeniebezpieczne dla życia, ale jednocześnie bez nich nie mogłaby powstać biologiczna egzystencja.

1. Promieniowanie UV. Energia tych fotonów jest wyższa niż fotonów widzialnych. Są one zasilane przez nasze centralne źródło światła, Słońce. A charakterystyka promieniowania jest następująca: długość fali od 10 do 380 nanometrów, częstotliwość od 310¹⁴ do 310^{16 Herc.}
2. Promieniowanie rentgenowskie. Każdy, kto ma złamane kości, zna je. Ale te fale są używane nie tylko w medycynie. A ich elektrony promieniują z dużą prędkością, co zwalnia w silnym polu lub ciężkich atomach, w których elektron został wyrwany z wewnętrznej powłoki. Długość fali od 5 pikometrów do 10 nanometrów, zakres częstotliwości od 310¹⁶-610^{19 Herc.}
3. Promieniowanie gamma. Energia tych fal często pokrywa się z energią promieniowania rentgenowskiego. Ich spektrum znacznie się pokrywa, różni się jedynie źródło pochodzenia. Promienie gamma są wytwarzane tylko przez jądrowe procesy radioaktywne. Ale w przeciwieństwie do promieniowania rentgenowskiego, promieniowanie γ może mieć wyższe energie.

Podaliśmy główne sekcje skali fal elektromagnetycznych. Każdy z zakresów podzielony jest na mniejsze sekcje. Na przykład często można usłyszeć „twarde promieniowanie rentgenowskie” lub „ultrafiolet próżniowy”. Ale sam ten podział jest warunkowy: raczej trudno jest określić, gdzie znajdują się granice jednego i początek drugiego.

Światło i pamięć

Jak już powiedzieliśmy, ludzki mózg odbiera główny przepływ informacji poprzez wzrok. Ale jak zapisać ważne chwile? Przed wynalezieniem fotografii (w tym bierze udział chemiczne działanie światła)procesu bezpośrednio), można było spisywać swoje wrażenia w pamiętniku lub wezwać artystę do namalowania portretu lub obrazu. Pierwszy sposób grzeszy podmiotowością, drugi – nie każdy może sobie na to pozwolić.

Jak zawsze przypadek pomógł znaleźć alternatywę dla literatury i malarstwa. Od dawna znana jest zdolność azotanu srebra (AgNO_{3) do ciemnienia w powietrzu. Na podstawie tego faktu zbudowano fotografię. Chemiczny efekt światła polega na tym, że energia fotonów przyczynia się do oddzielenia czystego srebra od jego soli. Reakcja w żadnym wypadku nie jest czysto fizyczna.}

W 1725 r. niemiecki fizyk I. G. Schultz przypadkowo zmieszał kwas azotowy, w którym rozpuszczono srebro, z kredą. I wtedy też przypadkowo zauważyłem, że światło słoneczne przyciemnia mieszaninę.

Poszło szereg wynalazków. Zdjęcia zostały wydrukowane na miedzi, papierze, szkle, a na końcu na folii plastikowej.

Eksperymenty Lebiediewa

Powyżej powiedzieliśmy, że praktyczna potrzeba zapisywania obrazów doprowadziła do eksperymentów, a później do odkryć teoretycznych. Czasami jest odwrotnie: już obliczony fakt musi zostać potwierdzony eksperymentem. Naukowcy od dawna domyślali się, że fotony światła to nie tylko fale, ale także cząstki.

Lebiediew zbudował urządzenie oparte na wagach skrętnych. Gdy światło padło na płyty, strzałka zboczyła z pozycji „0”. Udowodniono więc, że fotony przenoszą pęd na powierzchnie, czyli wywierają na nie nacisk. A chemiczne działanie światła ma z tym wiele wspólnego.

Jak już pokazał Einstein, masa i energia to jedno i to samo. W konsekwencji foton „rozpuszczając się” w substancji nadaje jej istotę. Ciało może wykorzystać otrzymaną energię na różne sposoby, w tym do przemian chemicznych.

Nagroda Nobla i elektrony

Wspomniany już naukowiec Albert Einstein jest znany ze swojej specjalnej teorii względności, wzoru E=mc2 i dowodu na efekty relatywistyczne. Ale główną nagrodę naukową otrzymał nie za to, ale za kolejne bardzo interesujące odkrycie. Einstein udowodnił w serii eksperymentów, że światło może „wyciągnąć” elektron z powierzchni oświetlanego ciała. Zjawisko to nazywane jest zewnętrznym efektem fotoelektrycznym. Nieco później ten sam Einstein odkrył, że istnieje również wewnętrzny efekt fotoelektryczny: kiedy elektron pod wpływem światła nie opuszcza ciała, ale ulega redystrybucji, przechodzi w pasmo przewodnictwa. A oświetlona substancja zmienia właściwość przewodnictwa!

Dziedzin, w których to zjawisko jest stosowane, jest wiele: od lamp katodowych po „włączanie” w sieci półprzewodnikowej. Nasze życie w nowoczesnej formie byłoby niemożliwe bez wykorzystania efektu fotoelektrycznego. Efekt chemiczny światła tylko potwierdza, że energia fotonu w materii może być przekształcana w różne formy.

Dziury ozonowe i białe plamki

Nieco wyżej powiedzieliśmy, że gdy reakcje chemiczne zachodzą pod wpływem promieniowania elektromagnetycznego, implikowany jest zasięg optyczny. Przykład, który chcemy teraz podać, wykracza nieco poza to.

Niedawno naukowcy na całym świecie zaalarmowali: nad Antarktydądziura ozonowa wisi, cały czas się rozszerza, a to na pewno źle się skończy dla Ziemi. Ale potem okazało się, że nie wszystko jest takie straszne. Po pierwsze, warstwa ozonowa na szóstym kontynencie jest po prostu cieńsza niż gdzie indziej. Po drugie, wahania wielkości tej plamki nie zależą od działalności człowieka, są determinowane natężeniem światła słonecznego.

Ale skąd w ogóle pochodzi ozon? A to tylko lekka reakcja chemiczna. Ultrafiolet emitowany przez słońce spotyka się z tlenem w górnych warstwach atmosfery. Jest dużo ultrafioletu, mało tlenu i jest on rozrzedzony. Powyżej tylko otwarta przestrzeń i próżnia. A energia promieniowania ultrafioletowego jest w stanie rozbić stabilne cząsteczki O₂ na dwa atomy tlenu. A następnie kolejny kwant UV przyczynia się do powstania połączenia O_{3. To jest ozon.}

Gaz ozonowy jest śmiertelny dla wszystkich żywych istot. Jest bardzo skuteczny w zabijaniu bakterii i wirusów wykorzystywanych przez ludzi. Niewielkie stężenie gazu w atmosferze nie jest szkodliwe, ale zabronione jest wdychanie czystego ozonu.

I ten gaz bardzo skutecznie pochłania kwanty ultrafioletowe. Dlatego warstwa ozonowa jest tak ważna: chroni mieszkańców powierzchni planety przed nadmiarem promieniowania, które może wysterylizować lub zabić wszystkie organizmy biologiczne. Mamy nadzieję, że teraz jest jasne, jaki jest chemiczny efekt światła.