Какъв е химическият ефект на светлината?

Днес ще ви кажем какво е химическият ефект на светлината, как се прилага този феномен сега и каква е историята на неговото откритие.

Светлина и тъмнина

Цялата литература (от Библията до съвременната фикция) използва тези две противоположности. И винаги светлината символизира добро начало и тъмнината е лоша и зла. Ако не влезете в метафизиката и не разберете същността на този феномен, тогава в основата на вечната конфронтация се крие страхът от тъмнината или по-скоро отсъствието на светлина.

Човешкото око и електромагнитния спектър

Човешкото око е проектирано така, че хората да възприемат електромагнитни трептения с определена дължина на вълната. Най-дългата дължина на вълната е червена светлина (ламбда = 380 нанометра), най-късата е виолетовата (ламбда = 780 нанометра). Целият спектър от електромагнитни трептения е много по-широк и видимата му част заема само малка част. Инфрачервените трептения човек възприема друг сетивен орган - кожата. Тази част от спектъра хора знаят като топлина. Някой може да види малко ултравиолетово (помнете главния герой на филма "The Planet Ka-Peaks").

Основният канал за получаване на информация за човек е окото. Поради това хората губят способността си да преценяват какво се случва наоколо, когато след залез слънце видимата светлина изчезва. Тъмната гора става неконтролируема, опасна. И там, където съществува опасност, съществува страх, че някой ще дойде и ще бъде непознат "и ще ухапе варел". В тъмното живеят ужасни и зли същества и в светлината - добро и разумно.

Мащаб на електромагнитните вълни. Част първа: ниска енергия

Когато се разглежда химическият ефект на светлината, физиката обикновено се отнася до видимия спектър.

За да разберем, че като цяло такава светлина, първо трябва да говорим за всички възможни варианти на електромагнитни трептения:

1. Радио вълни. Дължината на вълните им е толкова голяма, че могат да обикалят Земята. Отразяват се от йонния слой на планетата и носят информация на хората. Тяхната честота е 300 gigahertz и по-малко, а дължината на вълната - от 1 милиметър или повече (в перспектива - до безкрайност).
2. Инфрачервено лъчение. Както казахме по-горе, човек възприема IR гамата като топлина. Дължината на вълната на тази част от спектъра е по-висока от тази на видимия спектър - от 1 милиметър до 780 нанометра, а честотата е по-ниска - от 300 до 429 tererahertz.
3. Видим спектър. Частта от цялата скала, която човешкото око възприема. Дължината на вълната варира от 380 до 780 нанометра, честотата е от 429 до 750 terahertz.

Мащаб на електромагнитните вълни. Част втора: Висока енергия

Вълните, изброени по-долу, имат двойно значение: те са смъртоносни за живота, но в същото време без тях не би могло да възникне биологично съществуване.

1. Ултравиолетово лъчение. Енергията на тези фотони е по-висока от тази на видимите. Те се доставят от нашата централна звезда, Слънцето. А лъчевите характеристики са както следва: дължина на вълната от 10 до 380 нанометра, честота от 3 * 10¹⁴ до 3 * 10¹⁶ Hertz.
2. Рентгеновите лъчи. Всеки, който счупи костите, е запознат с тях. Но тези вълни се използват не само в медицината. И техните електрони излъчват с висока скорост, която се възпрепятства в силно поле или тежки атоми, в които е изтръгнат електрони от вътрешна обвивка. Дължината на вълната е от 5 пиктометъра до 10 нанометра, честотата е между 3 * 10¹⁶-6 * 10¹⁹ Hertz.
3. Гама излъчване. Енергията на тези вълни често съвпада с рентгеновите лъчи. Техният спектър значително се припокрива, различава се само източникът на произход. Гама лъчи се появяват само при ядрени радиоактивни процеси. Но, за разлика от рентгеновите лъчи, гама-лъчението може да има по-високи енергии.

Дадохме основните раздели на мащаба на електромагнитните вълни. Всеки от диапазоните е разделен на по-малки секции. Например, често чувате "твърди рентгенови лъчи" или "вакуумни ултравиолетови лъчи". Само разделянето е условно: когато границите на един и началото на друг спектър са трудни за определяне.

Светлина и памет

Както вече казахме, човешкият мозък получава основния поток от информация чрез очите. Но как да запазите важни моменти? Преди изобретяването на фотографията (химичният ефект на светлината се включва пряко в този процес), човек може да запише впечатленията си в дневник или да се обади на художника да напише портрет или картина. Първият начин е грешната субективност, втората - не всеки може да си позволи.

Както винаги случаят помогна да се намери алтернатива на литературата и живописта. Способността на сребърен нитрат (AgNO₃) Преди много време да потъмнее във въздуха. Въз основа на този факт е създадена снимка. Химическият ефект на светлината е, че енергията на фотона допринася за освобождаването на чистото сребро от неговата сол. Реакцията не може да се нарече чисто физическа.

През 1725 германският физик Иг Шулц случайно смесва азотна киселина, в която среброто се разтваря, с креда. И тогава също случайно забеляза, че слънчевата светлина потъмнява сместа.

После дойдоха редица изобретения. Снимките са отпечатани върху мед, хартия, стъкло и накрая върху полимерен филм.

Експериментите на Лебедев

Описахме по-горе, че практическата необходимост от запазване на образите доведе до експерименти и по-късно до теоретични открития. Понякога това е обратното: вече изчисленият факт трябва да бъде потвърден чрез експеримент. Фактът, че фотоните на светлината - не само вълни, но и частици, учените отдавна са познавали.

Лебедев построи устройство, основаващо се на торзионния баланс. Когато светлините паднаха върху плочите, стрелката се отклони от позицията "0". Така че беше доказано, че фотоните предават инерцията на повърхностите, което означава, че те оказват натиск върху тях. А химическото действие на светлината има пряка връзка с това.

Както Айнщайн вече показа, масата и енергията са едни и същи. Следователно, фотонът, "разтварящ се" в материята, му дава своята същност. Тялото може да използва получената енергия по различни начини, включително за химическите трансформации.

Нобелова награда и електрони

Вече споменатият учен Алберт Айнщайн е известен със своята специална теория на относителността, формулата E = mc² и доказателства релативистични ефекти. Но той получи голяма научна награда не за това, а за друго много интересно откритие. Айнщайн доказа чрез редица експерименти, че светлината може да "разкъсва" електрона от повърхността на осветеното тяло. Това явление се нарича външен фотоелектричен ефект. Малко по-късно същият Айнщайн открил, че има вътрешен фотоелектричен ефект: когато електронът не напуска тялото под действието на светлина, а преразпределя, той преминава в проводящата лента. А осветеното вещество променя свойството на проводимостта!

Областите, в които се използва този феномен, са много: от катодни лампи до "включване" в мрежа от полупроводници. Животът ни в модерната му форма би бил невъзможен без използването на фотоелектричен ефект. Химическият ефект от светлината само потвърждава, че енергията на фотона в дадено вещество може да се трансформира в различни форми.

Озонови дупки и бели петна

Малко по-рано казахме, че когато се появят химически реакции под въздействието на електромагнитно излъчване, се има предвид оптичният диапазон. Примерът, който искаме да цитираме в момента, е малко по-различен от този.

Напоследък учените от цял ​​свят чуха тревога: озоновата дупка се е окачила над Антарктида, непрекъснато се разширява и това непременно ще свърши зле за Земята. Но след това се оказа, че всичко не е толкова страшно. Първо, озоновия слой над шестия континент е просто по-фин, отколкото в останалата част на света. На второ място, колебанията в размера на това място не зависят от човешката дейност, те се определят от интензивността на слънчевата светлина.

Но откъде идва озонът? И това е само лека химическа реакция. Ултравиолетът, който излъчва Слънцето, се среща с кислород в горните слоеве на атмосферата. Ултравиолетовите лъчи са много, има малко кислород и е рядко срещан. Над отворено пространство и вакуум. И енергията на ултравиолетовото лъчение е в състояние да разруши стабилни молекули О₂ върху два атомен кислород. След това следващият UV фотонен допринася за създаването на съединение О₃. Това е озон.

Озоновия газ е опасен за живота. Много ефективно убива бактериите и вирусите, които се използват от хората. Малка концентрация на газ в атмосферата не е вредна, но е забранено да се вдишва чист озон.

Този газ абсорбира ултравиолетовите кванти много ефективно. Поради това озоновия слой е толкова важен: той защитава жителите на повърхността на планетата от изобилие от радиация, която може да стерилизира или убива всички биологични организми. Надяваме се, че вече е ясно какво е химическият ефект на светлината.