Koks cheminis šviesos poveikis?

2024 Autorius: Angel Austin | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-02 17:51

Šiandien mes jums pasakysime, koks yra cheminis šviesos poveikis, kaip šis reiškinys taikomas dabar ir kokia yra jo atradimo istorija.

Šviesa ir tamsa

Visoje literatūroje (nuo Biblijos iki šiuolaikinės grožinės literatūros) išnaudojamos šios dvi priešingybės. Be to, šviesa visada simbolizuoja gerą pradžią, o tamsa – blogą ir blogį. Jei nesigilini į metafiziką ir nesupranti reiškinio esmės, tai amžinos konfrontacijos pagrindas yra tamsos baimė, tiksliau, šviesos nebuvimas.

Žmogaus akis ir elektromagnetinis spektras

Žmogaus akis sukurta taip, kad žmonės suvoktų tam tikro bangos ilgio elektromagnetinius virpesius. Ilgiausias bangos ilgis priklauso raudonai šviesai (λ=380 nanometrų), trumpiausias – violetinei (λ=780 nanometrų). Visas elektromagnetinių virpesių spektras yra daug platesnis, o matoma jo dalis užima tik mažytę dalį. Infraraudonuosius virpesius žmogus suvokia su kitu jutimo organu – oda. Šią spektro dalį žmonės žino kaip šilumą. Kažkas gali pamatyti šiek tiek ultravioletinių spindulių (pagalvokite apie pagrindinį filmo „Planeta Ka-Pax“veikėją).

Pagrindinis kanalasinformacija žmogui yra akis. Todėl žmonės praranda galimybę įvertinti, kas vyksta aplinkui, kai po saulėlydžio dingsta matoma šviesa. Tamsus miškas tampa nevaldomas, pavojingas. O kur pavojus, ten ir baimė, kad neateis kas nors nepažįstamas ir „įkands statinę“. Baisūs ir pikti padarai gyvena tamsoje, o malonūs ir supratingi padarai gyvena šviesoje.

Elektromagnetinių bangų skalė. Pirma dalis: mažai energijos

Kalbant apie cheminį šviesos poveikį, fizika reiškia įprastai matomą spektrą.

Norėdami suprasti, kas apskritai yra šviesa, pirmiausia turėtumėte pakalbėti apie visas galimas elektromagnetinių virpesių galimybes:

1. Radijo bangos. Jų bangos ilgis yra toks ilgas, kad jie gali apeiti Žemę. Jie atsispindi nuo joninio planetos sluoksnio ir neša informaciją žmonėms. Jų dažnis yra 300 gigahercų ar mažesnis, o bangos ilgis – nuo 1 milimetro ar daugiau (ateityje – iki begalybės).
2. Infraraudonoji spinduliuotė. Kaip minėjome aukščiau, žmogus infraraudonųjų spindulių diapazoną suvokia kaip šilumą. Šios spektro dalies bangos ilgis yra didesnis nei matomos – nuo 1 milimetro iki 780 nanometrų, o dažnis mažesnis – nuo 300 iki 429 terahercų.
3. Matomas spektras. Ta visos skalės dalis, kurią suvokia žmogaus akis. Bangos ilgis nuo 380 iki 780 nanometrų, dažnis nuo 429 iki 750 terahercų.

Elektromagnetinių bangų skalė. Antra dalis: didelė energija

Toliau išvardytos bangos turi dvigubą reikšmę: jos yra mirtinospavojinga gyvybei, bet tuo pat metu be jų nebūtų galėjusi atsirasti biologinė egzistencija.

1. UV spinduliuotė. Šių fotonų energija yra didesnė nei matomų. Juos tiekia mūsų centrinis šviestuvas Saulė. O spinduliuotės charakteristikos yra tokios: bangos ilgis nuo 10 iki 380 nanometrų, dažnis nuo 310¹⁴ iki 310^{16 hercų.}
2. Rentgeno spinduliai. Visi, kuriems lūžę kaulai, yra susipažinę su jais. Tačiau šios bangos naudojamos ne tik medicinoje. O jų elektronai spinduliuoja dideliu greičiu, kuris sulėtėja stipriame lauke arba sunkieji atomai, kuriuose elektronas buvo išplėštas iš vidinio apvalkalo. Bangos ilgis nuo 5 pikometrų iki 10 nanometrų, dažnių diapazonas 310¹⁶-610^{19 Hertz.}
3. Gama spinduliuotė. Šių bangų energija dažnai sutampa su rentgeno spindulių energija. Jų spektras gerokai sutampa, skiriasi tik kilmės š altinis. Gama spindulius gamina tik branduoliniai radioaktyvūs procesai. Tačiau, skirtingai nei rentgeno spinduliai, γ spinduliuotė gali turėti didesnę energiją.

Pateikėme pagrindines elektromagnetinių bangų skalės dalis. Kiekvienas diapazonas yra padalintas į mažesnes dalis. Pavyzdžiui, dažnai galima išgirsti „kietus rentgeno spindulius“arba „vakuuminį ultravioletinį“. Tačiau pats šis skirstymas yra sąlyginis: gana sunku nustatyti, kur yra vieno spektro ribos ir kito spektro pradžia.

Šviesa ir atmintis

Kaip jau minėjome, žmogaus smegenys pagrindinį informacijos srautą gauna per regėjimą. Tačiau kaip išsaugoti svarbias akimirkas? Iki fotografijos išradimo (šviesos cheminis poveikis yra susijęs su tuoprocesą tiesiogiai), įspūdžius galima užrašyti į dienoraštį arba paskambinti dailininkui, kad nupieštų portretą ar paveikslą. Pirmasis būdas nusidėti subjektyvumui, antrasis – ne visi gali tai sau leisti.

Kaip visada, atsitiktinumas padėjo rasti alternatyvą literatūrai ir tapybai. Sidabro nitrato (AgNO_{3) gebėjimas patamsėti ore buvo žinomas jau seniai. Remiantis šiuo faktu, buvo pastatyta nuotrauka. Cheminis šviesos poveikis yra tas, kad fotono energija prisideda prie gryno sidabro atskyrimo nuo jo druskos. Reakcija jokiu būdu nėra vien fizinė.}

1725 m. vokiečių fizikas I. G. Schultzas atsitiktinai sumaišė azoto rūgštį, kurioje buvo ištirpintas sidabras, su kreida. Ir tada aš taip pat netyčia pastebėjau, kad saulės šviesa tamsina mišinį.

Sekė daugybė išradimų. Nuotraukos buvo spausdinamos ant vario, popieriaus, stiklo ir galiausiai ant plastikinės plėvelės.

Lebedevo eksperimentai

Aukščiau minėjome, kad praktinis poreikis išsaugoti vaizdus paskatino eksperimentus, o vėliau ir teorinius atradimus. Kartais nutinka ir atvirkščiai: jau apskaičiuotą faktą reikia patvirtinti eksperimentu. Tai, kad šviesos fotonai yra ne tik bangos, bet ir dalelės, mokslininkai jau seniai spėjo.

Lebedevas sukūrė įrenginį, pagrįstą sukimo balansais. Kai šviesa nukrito ant plokštelių, rodyklė nukrypo nuo „0“padėties. Taigi buvo įrodyta, kad fotonai perduoda impulsą paviršiams, o tai reiškia, kad jie daro jiems spaudimą. Ir cheminis šviesos veikimas yra labai susijęs su tuo.

Kaip Einšteinas jau parodė, masė ir energija yra vienas ir tas pats. Vadinasi, fotonas, „tirpdamas“medžiagoje, suteikia jai savo esmę. Kūnas gali panaudoti gautą energiją įvairiais būdais, įskaitant chemines transformacijas.

Nobelio premija ir elektronai

Jau minėtas mokslininkas Albertas Einšteinas yra žinomas dėl savo specialios reliatyvumo teorijos, formulės E=mc2 ir reliatyvistinio poveikio įrodymo. Tačiau pagrindinį mokslo prizą gavo ne už tai, o už dar vieną labai įdomų atradimą. Einšteinas eksperimentų serija įrodė, kad šviesa gali „ištraukti“elektroną iš apšviesto kūno paviršiaus. Šis reiškinys vadinamas išoriniu fotoelektriniu efektu. Kiek vėliau tas pats Einšteinas atrado, kad egzistuoja ir vidinis fotoelektrinis efektas: kai šviesos veikiamas elektronas nepalieka kūno, o persiskirsto, pereina į laidumo juostą. Ir apšviesta medžiaga keičia laidumo savybę!

Sritys, kuriose šis reiškinys taikomas, yra daug: nuo katodinių lempų iki „įtraukimo“į puslaidininkių tinklą. Mūsų gyvenimas šiuolaikine forma būtų neįmanomas be fotoelektrinio efekto. Cheminis šviesos poveikis tik patvirtina, kad fotono energija materijoje gali būti paversta įvairiomis formomis.

Ozono skylės ir b altos dėmės

Šiek tiek aukščiau sakėme, kad kai cheminės reakcijos vyksta veikiant elektromagnetinei spinduliuotei, numanomas optinis diapazonas. Pavyzdys, kurį norime pateikti dabar, yra šiek tiek platesnis.

Neseniai mokslininkai visame pasaulyje paskelbė pavojaus signalą: virš Antarktidosozono skylė kabo, ji visą laiką plečiasi, ir tai tikrai baigsis blogai Žemei. Bet tada paaiškėjo, kad viskas nėra taip baisu. Pirma, ozono sluoksnis virš šeštojo žemyno yra tiesiog plonesnis nei kitur. Antra, šios dėmės dydžio svyravimai nepriklauso nuo žmogaus veiklos, juos lemia saulės šviesos intensyvumas.

Bet iš kur atsiranda ozonas? Ir tai tik lengvoji cheminė reakcija. Ultravioletiniai spinduliai, kuriuos skleidžia saulė, susitinka su deguonimi viršutiniuose atmosferos sluoksniuose. Ten daug ultravioletinių spindulių, mažai deguonies, jo reta. Virš tik atvira erdvė ir vakuumas. Ir ultravioletinės spinduliuotės energija gali suskaidyti stabilias O₂ molekules į du atominius deguonies junginius. Ir tada kitas UV kvantas prisideda prie O_{3 ryšio sukūrimo. Tai ozonas.}

Ozono dujos yra mirtinos visoms gyvoms būtybėms. Jis labai veiksmingai naikina žmonių naudojamas bakterijas ir virusus. Nedidelė dujų koncentracija atmosferoje nėra kenksminga, tačiau gryno ozono įkvėpti draudžiama.

Ir šios dujos labai efektyviai sugeria ultravioletinius kvantus. Todėl ozono sluoksnis yra toks svarbus: jis apsaugo planetos paviršiaus gyventojus nuo radiacijos pertekliaus, galinčio sterilizuoti arba nužudyti visus biologinius organizmus. Tikimės, kad dabar aišku, koks yra cheminis šviesos poveikis.