Astăzi vă vom spune care este efectul chimic al luminii, cum se aplică acest fenomen acum și care este istoria descoperirii sale.
Lumină și întuneric
Toată literatura (de la Biblie la ficțiunea modernă) exploatează aceste două opuse. În plus, lumina simbolizează întotdeauna un început bun, iar întunericul - rău și rău. Dacă nu intri în metafizică și nu înțelegi esența fenomenului, atunci baza confruntării eterne este frica de întuneric, sau mai degrabă, absența luminii.
Ochiul uman și spectrul electromagnetic
Ochiul uman este conceput astfel încât oamenii să perceapă vibrații electromagnetice de o anumită lungime de undă. Cea mai mare lungime de undă aparține luminii roșii (λ=380 nanometri), cea mai scurtă - violet (λ=780 nanometri). Spectrul complet de oscilații electromagnetice este mult mai larg, iar partea sa vizibilă ocupă doar o mică parte. O persoană percepe vibrațiile infraroșii cu un alt organ de simț - pielea. Această parte a spectrului pe care oamenii o cunosc ca căldură. Cineva poate vedea puțin ultraviolete (gândiți-vă la personajul principal din filmul „Planet Ka-Pax”).
Canal principalinformația pentru o persoană este ochiul. Prin urmare, oamenii își pierd capacitatea de a evalua ce se întâmplă în jur atunci când lumina vizibilă dispare după apusul soarelui. Pădurea întunecată devine incontrolabilă, periculoasă. Și acolo unde este pericol, există și teama că cineva necunoscut va veni și va „mușca butoiul”. Creaturile înfricoșătoare și rele trăiesc în întuneric, dar creaturi bune și înțelegătoare trăiesc în lumină.
Scara undelor electromagnetice. Partea întâi: Energii scăzute
Când luăm în considerare acțiunea chimică a luminii, fizica înseamnă spectrul normal vizibil.
Pentru a înțelege ce este lumina în general, ar trebui să vorbiți mai întâi despre toate opțiunile posibile pentru oscilațiile electromagnetice:
- Unde radio. Lungimea lor de undă este atât de mare încât pot face ocolul Pământului. Ele sunt reflectate de stratul ionic al planetei și transportă informații oamenilor. Frecvența lor este de 300 gigaherți sau mai puțin, iar lungimea de undă este de la 1 milimetru sau mai mult (în viitor - la infinit).
- Radiații infraroșii. După cum am spus mai sus, o persoană percepe domeniul infraroșu ca căldură. Lungimea de undă a acestei părți a spectrului este mai mare decât cea a vizibilului - de la 1 milimetru la 780 de nanometri, iar frecvența este mai mică - de la 300 la 429 teraherți.
- Spectru vizibil. Acea parte a întregii scale pe care ochiul uman o percepe. Lungime de undă de la 380 la 780 nanometri, frecvență de la 429 la 750 teraherți.
Scara undelor electromagnetice. Partea a doua: Energii în alte
Valurile enumerate mai jos au un dublu sens: sunt mortalepericulos pentru viață, dar în același timp, fără ele, existența biologică nu ar fi putut apărea.
- Radiații UV. Energia acestor fotoni este mai mare decât cea a celor vizibili. Ele sunt furnizate de lumina noastră centrală, Soarele. Și caracteristicile radiației sunt următoarele: lungime de undă de la 10 la 380 nanometri, frecvență de la 31014 la 31016 Hertz.
- Raze X. Oricine are oase rupte este familiarizat cu ele. Dar aceste valuri sunt folosite nu numai în medicină. Și electronii lor radiază cu viteză mare, care încetinește într-un câmp puternic, sau atomi grei, în care un electron a fost smuls din învelișul interior. Lungime de undă de la 5 picometri la 10 nanometri, frecvența variază între 31016-61019 Hertz.
- Radiații gamma. Energia acestor unde coincide adesea cu cea a razelor X. Spectrul lor se suprapune semnificativ, doar sursa de origine diferă. Razele gamma sunt produse numai prin procese nucleare radioactive. Dar, spre deosebire de razele X, radiațiile γ sunt capabile de energii mai mari.
Am dat principalele secțiuni ale scalei undelor electromagnetice. Fiecare dintre intervale este împărțită în secțiuni mai mici. De exemplu, „raze X dure” sau „ultraviolete în vid” pot fi auzite adesea. Dar această împărțire în sine este condiționată: este destul de dificil să se determine unde sunt granițele unuia și începutul altui spectru.
Lumina si memorie
După cum am spus deja, creierul uman primește fluxul principal de informații prin viziune. Dar cum salvezi momentele importante? Înainte de inventarea fotografiei (acțiunea chimică a luminii este implicată în aceastaproces direct), se poate nota impresiile într-un jurnal sau chema un artist pentru a picta un portret sau o imagine. Primul mod păcătuiește subiectivitatea, al doilea - nu toată lumea își poate permite.
Ca întotdeauna, șansa a ajutat la găsirea unei alternative la literatură și pictură. Capacitatea azotatului de argint (AgNO3) de a se întuneca în aer este cunoscută de mult timp. Pe baza acestui fapt, a fost construită o fotografie. Efectul chimic al luminii este că energia fotonului contribuie la separarea argintului pur de sarea acestuia. Reacția nu este deloc pur fizică.
În 1725, fizicianul german I. G. Schultz a amestecat accidental acid azotic, în care s-a dizolvat argintul, cu cretă. Și apoi am observat din greșeală că lumina soarelui întunecă amestecul.
Au urmat o serie de invenții. Fotografiile au fost tipărite pe cupru, hârtie, sticlă și, în final, pe folie de plastic.
experimentele lui Lebedev
Am spus mai sus că nevoia practică de a salva imagini a dus la experimente, iar mai târziu la descoperiri teoretice. Uneori se întâmplă invers: un fapt deja calculat trebuie confirmat prin experiment. Faptul că fotonii luminii nu sunt doar unde, ci și particule, oamenii de știință l-au ghicit de mult.
Lebedev a construit un dispozitiv bazat pe balanțe de torsiune. Când lumina a căzut pe plăci, săgeata a deviat de la poziția „0”. Așa că s-a dovedit că fotonii transmit impuls suprafețelor, ceea ce înseamnă că exercită presiune asupra lor. Și acțiunea chimică a luminii are foarte mult de-a face cu aceasta.
După cum a arătat deja Einstein, masa și energia sunt una și aceeași. În consecință, fotonul, „dizolvându-se” în substanță, îi conferă esența sa. Corpul poate folosi energia primită în diferite moduri, inclusiv pentru transformări chimice.
Premiul Nobel și electroni
Omul de știință deja menționat, Albert Einstein, este cunoscut pentru teoria sa specială a relativității, formula E=mc2 și dovezile efectelor relativiste. Dar el a primit premiul principal al științei nu pentru aceasta, ci pentru o altă descoperire foarte interesantă. Einstein a demonstrat într-o serie de experimente că lumina poate „smulge” un electron de pe suprafața unui corp iluminat. Acest fenomen se numește efect fotoelectric extern. Puțin mai târziu, același Einstein a descoperit că există și un efect fotoelectric intern: atunci când un electron sub influența luminii nu părăsește corpul, ci este redistribuit, trece în banda de conducere. Iar substanța iluminată modifică proprietatea conductivității!
Domeniile în care se aplică acest fenomen sunt multe: de la lămpi catodice până la „includere” în rețeaua de semiconductori. Viața noastră în forma ei modernă ar fi imposibilă fără utilizarea efectului fotoelectric. Efectul chimic al luminii confirmă doar că energia unui foton din materie poate fi convertită în diferite forme.
Găuri de ozon și pete albe
Puțin mai sus am spus că atunci când reacțiile chimice apar sub influența radiației electromagnetice, se implică domeniul optic. Exemplul pe care vrem să-l dăm acum depășește puțin asta.
Recent, oamenii de știință din întreaga lume au tras un semnal de alarmă: peste Antarcticagaura de ozon atârnă, se extinde tot timpul și acest lucru se va termina cu siguranță rău pentru Pământ. Dar apoi s-a dovedit că totul nu este atât de înfricoșător. În primul rând, stratul de ozon de pe al șaselea continent este pur și simplu mai subțire decât în altă parte. În al doilea rând, fluctuațiile dimensiunii acestui loc nu depind de activitatea umană, ele sunt determinate de intensitatea luminii solare.
Dar de unde vine chiar ozonul? Și aceasta este doar o reacție chimică ușoară. Ultravioletele pe care le emite soarele se întâlnesc cu oxigenul în atmosfera superioară. Există o mulțime de ultraviolete, puțin oxigen și este rarefiată. Deasupra doar spațiu deschis și vid. Iar energia radiațiilor ultraviolete este capabilă să spargă moleculele stabile O2 în doi oxigeni atomici. Și apoi următorul cuantum UV contribuie la crearea conexiunii O3. Acesta este ozon.
Gazul de ozon este mortal pentru toate ființele vii. Este foarte eficient în uciderea bacteriilor și virușilor care sunt utilizați de oameni. O concentrație mică de gaz în atmosferă nu este dăunătoare, dar este interzisă inhalarea ozonului pur.
Și acest gaz absoarbe foarte eficient cuantele ultraviolete. Prin urmare, stratul de ozon este atât de important: îi protejează pe locuitorii de pe suprafața planetei de un exces de radiații care pot steriliza sau ucide toate organismele biologice. Sperăm că acum este clar care este efectul chimic al luminii.
