Dnes vám povieme, aký je chemický účinok svetla, ako sa tento jav uplatňuje v súčasnosti a aká je história jeho objavenia.
Svetlo a tma
Všetka literatúra (od Biblie po modernú fikciu) využíva tieto dva protiklady. Okrem toho svetlo vždy symbolizuje dobrý začiatok a tma - zlé a zlé. Ak nejdete do metafyziky a nepochopíte podstatu javu, potom základom večnej konfrontácie je strach z tmy, alebo skôr z absencie svetla.
Ľudské oko a elektromagnetické spektrum
Ľudské oko je navrhnuté tak, aby ľudia vnímali elektromagnetické vibrácie určitej vlnovej dĺžky. Najväčšiu vlnovú dĺžku má červené svetlo (λ=380 nanometrov), najkratšiu - fialové (λ=780 nanometrov). Celé spektrum elektromagnetických kmitov je oveľa širšie a jeho viditeľná časť zaberá len nepatrnú časť. Infračervené vibrácie človek vníma iným zmyslovým orgánom – pokožkou. Túto časť spektra ľudia poznajú ako teplo. Niekto je schopný vidieť trochu ultrafialového žiarenia (spomeňte si na hlavnú postavu vo filme "Planet Ka-Pax").
Hlavný kanálinformácia pre človeka je oko. Preto ľudia strácajú schopnosť posúdiť, čo sa deje okolo, keď viditeľné svetlo po západe slnka zmizne. Temný les sa stáva nekontrolovateľným, nebezpečným. A kde hrozí nebezpečenstvo, tam je aj strach, že príde niekto neznámy a „prehryzne sud“. Strašidelné a zlé stvorenia žijú v tme, ale láskavé a chápavé stvorenia žijú vo svetle.
Škála elektromagnetických vĺn. Prvá časť: Nízka spotreba energie
Pri chemickom pôsobení svetla fyzika znamená normálne viditeľné spektrum.
Aby ste pochopili, čo je svetlo vo všeobecnosti, mali by ste sa najskôr porozprávať o všetkých možných možnostiach elektromagnetických oscilácií:
- Rozhlasové vlny. Ich vlnová dĺžka je taká dlhá, že môžu obehnúť Zem. Odrážajú sa od iónovej vrstvy planéty a prenášajú informácie k ľuďom. Ich frekvencia je 300 gigahertzov alebo menej a vlnová dĺžka je od 1 milimetra alebo viac (v budúcnosti - do nekonečna).
- Infračervené žiarenie. Ako sme už povedali vyššie, človek vníma infračervený rozsah ako teplo. Vlnová dĺžka tejto časti spektra je vyššia ako viditeľná – od 1 milimetra do 780 nanometrov a frekvencia je nižšia – od 300 do 429 terahertzov.
- Viditeľné spektrum. Tá časť celej stupnice, ktorú vníma ľudské oko. Vlnová dĺžka od 380 do 780 nanometrov, frekvencia od 429 do 750 terahertzov.
Škála elektromagnetických vĺn. Druhá časť: Vysoké energie
Vlny uvedené nižšie majú dvojaký význam: sú smrtiaceživotu nebezpečné, no zároveň bez nich by biologická existencia nemohla vzniknúť.
- UV žiarenie. Energia týchto fotónov je vyššia ako energia viditeľných. Dodáva ich naše centrálne svietidlo, Slnko. A charakteristiky žiarenia sú nasledovné: vlnová dĺžka od 10 do 380 nanometrov, frekvencia od 31014 do 31016 Hertz.
- Röntgenové lúče. Každý, kto má zlomené kosti, ich pozná. Ale tieto vlny sa používajú nielen v medicíne. A ich elektróny vyžarujú vysokou rýchlosťou, ktorá sa v silnom poli spomalí, alebo ťažké atómy, v ktorých bol elektrón vytrhnutý z vnútorného obalu. Vlnová dĺžka od 5 pikometrov do 10 nanometrov, frekvenčné rozsahy medzi 31016-61019 Hertz.
- Žiarenie gama. Energia týchto vĺn sa často zhoduje s energiou röntgenového žiarenia. Ich spektrum sa výrazne prekrýva, líši sa len zdroj pôvodu. Gama lúče sú produkované iba jadrovými rádioaktívnymi procesmi. Ale na rozdiel od röntgenového žiarenia je γ-žiarenie schopné vyšších energií.
Uviedli sme hlavné časti stupnice elektromagnetických vĺn. Každý z rozsahov je rozdelený na menšie časti. Napríklad často počuť „tvrdé röntgenové lúče“alebo „vákuové ultrafialové žiarenie“. Ale toto rozdelenie samo o sebe je podmienené: je dosť ťažké určiť, kde sú hranice jedného a začiatku druhého spektra.
Svetlo a pamäť
Ako sme už povedali, ľudský mozog prijíma hlavný tok informácií prostredníctvom zraku. Ako si však uložiť dôležité momenty? Pred vynálezom fotografie (do toho sa podieľa chemické pôsobenie svetlaspracovať priamo), človek si mohol zapísať svoje dojmy do denníka alebo zavolať umelca, aby namaľoval portrét alebo obraz. Prvý spôsob hreší subjektivitu, druhý - nie každý si to môže dovoliť.
Ako vždy, náhoda pomohla nájsť alternatívu k literatúre a maľbe. Schopnosť dusičnanu strieborného (AgNO3) tmavnúť na vzduchu je už dlho známa. Na základe tejto skutočnosti bola postavená fotografia. Chemický účinok svetla spočíva v tom, že fotónová energia prispieva k oddeleniu čistého striebra od jeho soli. Reakcia nie je v žiadnom prípade čisto fyzikálna.
V roku 1725 nemecký fyzik I. G. Schultz náhodne zmiešal kyselinu dusičnú, v ktorej bolo rozpustené striebro, s kriedou. A potom som si tiež náhodou všimol, že slnečné svetlo stmavne zmes.
Nasledovalo množstvo vynálezov. Fotografie boli vytlačené na meď, papier, sklo a nakoniec na plastovú fóliu.
Lebedevove experimenty
Vyššie sme povedali, že praktická potreba ukladať obrázky viedla k experimentom a neskôr k teoretickým objavom. Niekedy sa to stane naopak: už vypočítaný fakt je potrebné potvrdiť experimentom. Vedci už dlho hádali, že fotóny svetla nie sú len vlny, ale aj častice.
Lebedev zostrojil zariadenie založené na torzných vyváženiach. Keď svetlo dopadalo na taniere, šípka sa odchýlila z polohy „0“. Bolo teda dokázané, že fotóny prenášajú hybnosť na povrchy, čo znamená, že na ne vyvíjajú tlak. A chemické pôsobenie svetla s tým má veľa spoločného.
Ako už Einstein ukázal, hmotnosť a energia sú jedno a to isté. V dôsledku toho fotón, ktorý sa „rozpúšťa“v látke, jej dáva jej podstatu. Telo môže prijatú energiu využiť rôznymi spôsobmi, vrátane chemických premien.
Nobelova cena a elektróny
Už spomínaný vedec Albert Einstein je známy svojou špeciálnou teóriou relativity, vzorcom E=mc2 a dôkazom relativistických efektov. Ale hlavnú cenu vedy nedostal za to, ale za ďalší veľmi zaujímavý objav. Einstein v sérii experimentov dokázal, že svetlo dokáže „vytiahnuť“elektrón z povrchu osvetleného telesa. Tento jav sa nazýva vonkajší fotoelektrický jav. O niečo neskôr ten istý Einstein zistil, že existuje aj vnútorný fotoelektrický efekt: keď elektrón pod vplyvom svetla neopustí telo, ale je prerozdelený, prechádza do vodivého pásma. A osvetlená látka mení vlastnosť vodivosti!
Polí, v ktorých sa tento jav uplatňuje, je mnoho: od katódových výbojok až po „zahrnutie“do polovodičovej siete. Náš život v jeho modernej podobe by bol nemožný bez využitia fotoelektrického efektu. Chemický účinok svetla len potvrdzuje, že energia fotónu v hmote sa môže premieňať na rôzne formy.
Ozónové diery a biele škvrny
O niečo vyššie sme povedali, že keď dôjde k chemickým reakciám pod vplyvom elektromagnetického žiarenia, predpokladá sa optický rozsah. Príklad, ktorý teraz chceme uviesť, ide trochu ďalej.
Vedci z celého sveta nedávno bili na poplach: nad Antarktídouozónová diera visí, neustále sa rozširuje a to sa pre Zem určite skončí zle. Potom sa však ukázalo, že všetko nie je také strašidelné. Po prvé, ozónová vrstva na šiestom kontinente je jednoducho tenšia ako inde. Po druhé, kolísanie veľkosti tohto miesta nezávisí od ľudskej činnosti, ale závisí od intenzity slnečného žiarenia.
Odkiaľ sa však vôbec berie ozón? A toto je len svetlo-chemická reakcia. Ultrafialové žiarenie, ktoré slnko vyžaruje, sa stretáva s kyslíkom vo vyšších vrstvách atmosféry. Je tam veľa ultrafialového žiarenia, málo kyslíka a je riedky. Nad len otvorený priestor a vákuum. A energia ultrafialového žiarenia je schopná rozbiť stabilné molekuly O2 na dva atómové kyslíky. A potom ďalšie UV kvantum prispeje k vytvoreniu spojenia O3. Toto je ozón.
Ozónový plyn je smrteľný pre všetko živé. Je veľmi účinný pri ničení baktérií a vírusov, ktoré ľudia používajú. Malá koncentrácia plynu v atmosfére nie je škodlivá, ale je zakázané vdychovať čistý ozón.
A tento plyn veľmi efektívne absorbuje ultrafialové kvantá. Preto je ozónová vrstva taká dôležitá: chráni obyvateľov povrchu planéty pred prebytkom žiarenia, ktoré môže sterilizovať alebo zabiť všetky biologické organizmy. Dúfame, že teraz je jasné, aký je chemický účinok svetla.
