Kakav je kemijski učinak svjetlosti?

2024 Autor: Angel Austin | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-02 17:48

Danas ćemo vam reći kakav je kemijski učinak svjetlosti, kako se ovaj fenomen sada primjenjuje i kakva je povijest njegovog otkrića.

Svjetlo i tama

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

Ljudsko oko i elektromagnetski spektar

Ljudsko oko je dizajnirano tako da ljudi percipiraju elektromagnetske vibracije određene valne duljine. Najduža valna duljina pripada crvenom svjetlu (λ=380 nanometara), najkraća – ljubičasta (λ=780 nanometara). Puni spektar elektromagnetskih oscilacija je mnogo širi, a njegov vidljivi dio zauzima samo mali dio. Osoba percipira infracrvene vibracije drugim osjetilnim organom - kožom. Ovaj dio spektra ljudi poznaju kao toplina. Netko može vidjeti malo ultraljubičastog (sjetite se glavnog lika u filmu "Planet Ka-Pax").

Glavni kanalinformacija za osobu je oko. Stoga ljudi gube sposobnost procjene što se događa uokolo kada vidljivo svjetlo nestane nakon zalaska sunca. Tamna šuma postaje nekontrolirana, opasna. A gdje je opasnost, postoji i strah da će netko nepoznat doći i “zagristi bure”. Strašna i zla stvorenja žive u mraku, ali ljubazna i razumna stvorenja žive u svjetlu.

Skala elektromagnetskih valova. Prvi dio: niske energije

Kada se razmatra kemijsko djelovanje svjetlosti, fizika podrazumijeva normalno vidljivi spektar.

Da biste razumjeli što je svjetlost općenito, trebali biste prvo razgovarati o svim mogućim opcijama za elektromagnetske oscilacije:

1. Radio valovi. Njihova valna duljina je toliko duga da mogu obići Zemlju. Oni se reflektiraju od ionskog sloja planeta i prenose informacije ljudima. Njihova frekvencija je 300 gigaherca ili manje, a valna duljina od 1 milimetra ili više (u budućnosti - do beskonačnosti).
2. Infracrveno zračenje. Kao što smo gore rekli, osoba percipira infracrveni raspon kao toplinu. Valna duljina ovog dijela spektra veća je od one vidljivog - od 1 milimetra do 780 nanometara, a frekvencija je niža - od 300 do 429 teraherca.
3. Vidljivi spektar. Onaj dio cijele ljestvice koji ljudsko oko percipira. Valna duljina od 380 do 780 nanometara, frekvencija od 429 do 750 teraherca.

Skala elektromagnetskih valova. Drugi dio: Visoke energije

Dolje navedeni valovi imaju dvostruko značenje: smrtonosni suopasno za 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 središnje svjetlo, Sunce. A karakteristike zračenja su sljedeće: valna duljina od 10 do 380 nanometara, frekvencija od 310¹⁴ do 310^{16 Hertz.}
2. X-zrake. Tko ima slomljene kosti, upoznat je s njima. Ali ti 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 unutarnje ljuske. Valna duljina od 5 pikometara do 10 nanometara, frekvencijski rasponi između 310¹⁶-610^{19 Hertz.}
3. Gama zračenje. Energija ovih valova često se podudara s energijom rendgenskih zraka. Njihov se spektar značajno preklapa, razlikuje se samo izvor podrijetla. Gama zrake nastaju samo nuklearnim radioaktivnim procesima. Ali, za razliku od X-zraka, γ-zračenje je sposobno za veće energije.

Dali smo glavne dijelove skale elektromagnetskih valova. Svaki od raspona podijeljen je na manje dijelove. Na primjer, često se mogu čuti "tvrde rendgenske zrake" ili "vakuumski ultraljubičasti". Ali sama ta podjela je uvjetna: prilično je teško odrediti gdje su granice jednog i početka drugog spektra.

Svjetlo i pamćenje

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

Kao i uvijek, slučaj je pomogao pronaći alternativu književnosti i slikarstvu. Sposobnost srebrnog nitrata (AgNO_{3) da potamni na zraku je odavno poznata. Na temelju te činjenice napravljena je fotografija. Kemijski učinak svjetlosti je da energija fotona doprinosi odvajanju čistog srebra od njegove soli. Reakcija nipošto nije isključivo fizička.}

Godine 1725. njemački fizičar I. G. Schultz slučajno je pomiješao dušičnu kiselinu, u kojoj je otopljeno srebro, s kredom. A onda sam također slučajno primijetio da sunčeva svjetlost potamni smjesu.

Uslijedio je niz izuma. Fotografije su tiskane na bakru, papiru, staklu i konačno na plastičnoj foliji.

Lebedevi eksperimenti

Iznad smo rekli da je praktična potreba za spremanjem slika dovela do eksperimenata, a kasnije i do teorijskih otkrića. Ponekad se dogodi i obrnuto: već izračunatu činjenicu treba potvrditi eksperimentom. Činjenica da fotoni svjetlosti nisu samo valovi, već i čestice, znanstvenici su dugo nagađali.

Lebedev je napravio uređaj na temelju torzijskih vaga. 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 kemijsko djelovanje svjetlosti ima puno veze s tim.

Kao što je Einstein već pokazao, masa i energija su jedno te isto. Posljedično, foton, "otapajući" se u tvari, daje joj bit. Tijelo može iskoristiti primljenu energiju na različite načine, uključujući i za kemijske transformacije.

Nobelova nagrada i elektroni

Već spomenuti znanstvenik Albert Einstein poznat je po svojoj specijalnoj teoriji relativnosti, formuli E=mc2 i dokazu relativističkih učinaka. Ali on je dobio glavnu nagradu znanosti ne za to, već za još jedno vrlo zanimljivo otkriće. Einstein je nizom eksperimenata dokazao da svjetlost može "izvući" elektron s površine osvijetljenog tijela. Taj se fenomen naziva vanjski fotoelektrični efekt. Nešto kasnije, isti Einstein je otkrio da postoji i unutarnji fotoelektrični efekt: kada elektron pod utjecajem svjetlosti ne napusti tijelo, već se preraspodijeli, on prelazi u pojas vodljivosti. A osvijetljena tvar mijenja svojstvo vodljivosti!

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

Ozonske rupe i bijele mrlje

Malo više rekli smo da kada se kemijske reakcije odvijaju pod utjecajem elektromagnetskog zračenja, podrazumijeva se optički raspon. Primjer koji sada želimo dati ide malo dalje od toga.

Nedavno su znanstvenici diljem svijeta oglasili alarm: iznad Antarktikaozonska rupa visi, stalno se širi, a ovo će 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 točke ne ovise o ljudskoj aktivnosti, one su određene intenzitetom sunčeve svjetlosti.

Ali odakle uopće dolazi ozon? A ovo je samo svjetlosno-kemijska reakcija. Ultraljubičasto zračenje koje sunce emitira susreće se s kisikom u gornjim slojevima atmosfere. Ima puno ultraljubičastog, malo kisika, a razrijeđen je. Iznad samo otvoreni prostor i vakuum. A energija ultraljubičastog zračenja sposobna je razbiti stabilne O₂ molekule u dva atomska kisika. A onda sljedeći UV kvant doprinosi stvaranju O_{3 veze. Ovo je ozon.}

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

I ovaj plin vrlo učinkovito apsorbira ultraljubičaste kvante. Stoga je ozonski omotač toliko važan: štiti stanovnike površine planeta od viška zračenja koje može sterilizirati ili ubiti sve biološke organizme. Nadamo se da je sada jasno kakav je kemijski učinak svjetlosti.