Idag kommer vi att berätta vad ljusets kemiska effekt är, hur detta fenomen tillämpas nu och vad som är historien om dess upptäckt.
Ljus och mörker
All litteratur (från Bibeln till modern skönlitteratur) utnyttjar dessa två motsatser. Dessutom symboliserar ljus alltid en bra början, och mörker - dåligt och ont. Om du inte går in i metafysiken och förstår essensen av fenomenet, så är grunden för den eviga konfrontationen rädslan för mörker, eller snarare, frånvaron av ljus.
Det mänskliga ögat och det elektromagnetiska spektrumet
Det mänskliga ögat är utformat så att människor uppfattar elektromagnetiska vibrationer av en viss våglängd. Den längsta våglängden tillhör rött ljus (λ=380 nanometer), den kortaste - violett (λ=780 nanometer). Hela spektrumet av elektromagnetiska svängningar är mycket bredare, och dess synliga del upptar bara en liten del. En person uppfattar infraröda vibrationer med ett annat sinnesorgan - huden. Denna del av spektrumet människor känner som värme. Någon kan se lite ultraviolett (tänk på huvudpersonen i filmen "Planet Ka-Pax").
Huvudkanalinformation för en person är ögat. Därför förlorar människor förmågan att bedöma vad som händer runt omkring när synligt ljus försvinner efter solnedgången. Den mörka skogen blir okontrollerbar, farlig. Och där det finns fara finns också rädslan för att någon okänd ska komma och "bita i tunnan". Skrämmande och onda varelser lever i mörkret, men snälla och förstående varelser lever i ljuset.
Skala av elektromagnetiska vågor. Del ett: Låg energi
När man överväger ljusets kemiska verkan, betyder fysik det norm alt synliga spektrumet.
För att förstå vad ljus är i allmänhet, bör du först prata om alla möjliga alternativ för elektromagnetiska svängningar:
- Radiovågor. Deras våglängd är så lång att de kan gå runt jorden. De reflekteras från planetens jonskikt och bär information till människor. Deras frekvens är 300 gigahertz eller mindre, och våglängden är från 1 millimeter eller mer (i framtiden - till oändlighet).
- Infraröd strålning. Som vi sa ovan uppfattar en person det infraröda området som värme. Våglängden för denna del av spektrumet är högre än den synliga - från 1 millimeter till 780 nanometer, och frekvensen är lägre - från 300 till 429 terahertz.
- Synligt spektrum. Den delen av hela skalan som det mänskliga ögat uppfattar. Våglängd från 380 till 780 nanometer, frekvens från 429 till 750 terahertz.
Skala av elektromagnetiska vågor. Del två: Hög energi
Vågorna nedan har en dubbel betydelse: de är dödligafarliga för livet, men samtidigt, utan dem, hade den biologiska existensen inte kunnat uppstå.
- UV-strålning. Energin hos dessa fotoner är högre än den hos synliga. De försörjs av vår centrala armatur, solen. Och strålningens egenskaper är som följer: våglängd från 10 till 380 nanometer, frekvens från 31014 till 31016 Hertz.
- röntgen. Alla som har brutna ben är bekanta med dem. Men dessa vågor används inte bara inom medicin. Och deras elektroner strålar ut i hög hastighet, vilket saktar ner i ett starkt fält, eller tunga atomer, där en elektron har rivits ut från det inre skalet. Våglängd från 5 pikometer till 10 nanometer, frekvensområden mellan 31016-61019 Hertz.
- Gammastrålning. Energin hos dessa vågor sammanfaller ofta med den hos röntgenstrålar. Deras spektrum överlappar betydligt, bara ursprungskällan skiljer sig åt. Gammastrålar produceras endast av kärnradioaktiva processer. Men till skillnad från röntgenstrålning kan γ-strålning få högre energier.
Vi har angett huvudsektionerna av skalan för elektromagnetiska vågor. Var och en av intervallen är uppdelad i mindre sektioner. Till exempel kan "hårda röntgenstrålar" eller "vakuum ultraviolett" ofta höras. Men denna uppdelning i sig är villkorad: det är ganska svårt att avgöra var gränserna för ett och början av ett annat spektrum går.
Ljus och minne
Som vi redan har sagt, får den mänskliga hjärnan huvudflödet av information genom syn. Men hur sparar man viktiga ögonblick? Innan fotografiets uppfinning (ljusets kemiska verkan är involverad i dettaprocess direkt), kan man skriva ner sina intryck i en dagbok eller ringa en konstnär för att måla ett porträtt eller en bild. Det första sättet syndar subjektivitet, det andra - inte alla har råd.
Som alltid hjälpte slumpen till att hitta ett alternativ till litteratur och måleri. Silvernitrats (AgNO3) förmåga att mörkna i luft har länge varit känd. Baserat på detta faktum byggdes ett fotografi. Den kemiska effekten av ljus är att fotonenergin bidrar till separationen av rent silver från dess s alt. Reaktionen är inte på något sätt rent fysisk.
År 1725 blandade den tyske fysikern I. G. Schultz av misstag salpetersyra, i vilken silver var löst, med krita. Och så märkte jag också av misstag att solljuset gör blandningen mörkare.
Ett antal uppfinningar följde. Foton trycktes på koppar, papper, glas och slutligen på plastfilm.
Lebedevs experiment
Vi sa ovan att det praktiska behovet av att spara bilder ledde till experiment och senare till teoretiska upptäckter. Ibland händer det tvärtom: ett redan beräknat faktum måste bekräftas genom experiment. Det faktum att ljusets fotoner inte bara är vågor, utan också partiklar, har forskare länge gissat.
Lebedev byggde en enhet baserad på torsionsbalanser. När ljus föll på plattorna avvek pilen från "0"-läget. Så det bevisades att fotoner överför momentum till ytor, vilket betyder att de utövar tryck på dem. Och ljusets kemiska verkan har mycket att göra med det.
Som Einstein redan har visat, är massa och energi en och samma. Följaktligen ger fotonen, som "löser sig" i substansen, den dess väsen. Kroppen kan använda den mottagna energin på olika sätt, bland annat för kemiska omvandlingar.
Nobelpris och elektroner
Redan nämnda vetenskapsman Albert Einstein är känd för sin speciella relativitetsteori, formel E=mc2 och bevis på relativistiska effekter. Men han fick vetenskapens huvudpris inte för detta, utan för en annan mycket intressant upptäckt. Einstein bevisade i en serie experiment att ljus kan "dra ut" en elektron från ytan på en upplyst kropp. Detta fenomen kallas den externa fotoelektriska effekten. Lite senare upptäckte samme Einstein att det också finns en intern fotoelektrisk effekt: när en elektron under påverkan av ljus inte lämnar kroppen, utan omfördelas, passerar den in i ledningsbandet. Och det upplysta ämnet ändrar konduktivitetens egenskap!
Fälten där detta fenomen tillämpas är många: från katodlampor till "inkludering" i halvledarnätverket. Vårt liv i sin moderna form skulle vara omöjligt utan användningen av den fotoelektriska effekten. Den kemiska effekten av ljus bekräftar bara att energin hos en foton i materia kan omvandlas till olika former.
Ozonhål och vita fläckar
Lite högre sa vi att när kemiska reaktioner inträffar under påverkan av elektromagnetisk strålning, är det optiska området underförstått. Exemplet vi vill ge nu går lite längre än så.
Nyligen slog forskare runt om i världen larm: över Antarktisozonhålet hänger, det expanderar hela tiden, och detta kommer definitivt att sluta illa för jorden. Men så visade det sig att allt inte är så läskigt. För det första är ozonskiktet över den sjätte kontinenten helt enkelt tunnare än någon annanstans. För det andra beror fluktuationer i storleken på denna plats inte på mänsklig aktivitet, de bestäms av solljusets intensitet.
Men var kommer ozon ens ifrån? Och detta är bara en lätt-kemisk reaktion. Det ultravioletta som solen sänder ut möter syre i den övre atmosfären. Det finns mycket ultraviolett, lite syre, och det är sällsynt. Ovanför endast öppet utrymme och vakuum. Och energin från ultraviolett strålning kan bryta de stabila O2-molekylerna till två atomära syror. Och sedan bidrar nästa UV-kvant till skapandet av O3-anslutningen. Det här är ozon.
Ozongas är dödlig för allt levande. Det är mycket effektivt för att döda bakterier och virus som används av människor. En liten koncentration av gas i atmosfären är inte skadligt, men det är förbjudet att andas in rent ozon.
Och denna gas absorberar mycket effektivt ultravioletta kvanta. Därför är ozonskiktet så viktigt: det skyddar invånarna på planetens yta från ett överskott av strålning som kan sterilisera eller döda alla biologiska organismer. Vi hoppas att det nu är klart vad ljusets kemiska effekt är.
