Mis on valguse keemiline mõju?

2024 Autor: Angel Austin | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-02 17:45

Täna räägime teile, milline on valguse keemiline mõju, kuidas seda nähtust praegu rakendatakse ja milline on selle avastamise ajalugu.

Valgus ja pimedus

Kogu kirjandus (piiblist tänapäevase ilukirjanduseni) kasutab ära neid kahte vastandit. Veelgi enam, valgus sümboliseerib alati head algust ja pimedus - halba ja kurja. Kui te ei süvene metafüüsikasse ja ei mõista nähtuse olemust, siis on igavese vastasseisu aluseks hirm pimeduse ees, õigemini valguse puudumine.

Inimese silm ja elektromagnetiline spekter

Inimese silm on loodud nii, et inimesed tajuvad teatud lainepikkusega elektromagnetilisi vibratsioone. Pikim lainepikkus kuulub punasele valgusele (λ=380 nanomeetrit), lühim - violetsele (λ=780 nanomeetrit). Elektromagnetiliste võnkumiste täielik spekter on palju laiem ja selle nähtav osa hõivab vaid väikese osa. Inimene tajub infrapunavibratsiooni teise meeleorganiga – nahaga. Seda osa spektrist tunnevad inimesed soojusena. Keegi suudab näha veidi ultraviolettkiirgust (mõelge filmi "Planet Ka-Pax" peategelasele).

Põhikanalinfo inimese jaoks on silm. Seetõttu kaotavad inimesed võime hinnata ümberringi toimuvat, kui nähtav valgus pärast päikeseloojangut kaob. Pime mets muutub kontrollimatuks, ohtlikuks. Ja kus on oht, seal on ka hirm, et keegi tundmatu tuleb ja "hammustab tünni". Hirmutavad ja kurjad olendid elavad pimeduses, lahked ja mõistvad olendid aga valguses.

Elektromagnetlainete skaala. Esimene osa: Madal energia

Valguse keemilise toimega seoses tähendab füüsika tavaliselt nähtavat spektrit.

Et mõista, mis valgus üldiselt on, peaksite kõigepe alt rääkima kõigist võimalikest elektromagnetvõnkumiste võimalustest:

1. Raadiolained. Nende lainepikkus on nii pikk, et nad suudavad Maa ümber käia. Need peegelduvad planeedi ioonkihilt ja kannavad infot inimesteni. Nende sagedus on 300 gigahertsi või vähem ja lainepikkus on 1 millimeeter või rohkem (tulevikus - lõpmatuseni).
2. Infrapunakiirgus. Nagu eespool öeldud, tajub inimene infrapuna vahemikku soojusena. Selle spektriosa lainepikkus on suurem kui nähtaval - 1 millimeetrilt 780 nanomeetrini ja sagedus on madalam - 300 kuni 429 terahertsi.
3. Nähtav spekter. See osa kogu skaalast, mida inimsilm tajub. Lainepikkus 380 kuni 780 nanomeetrit, sagedus 429 kuni 750 terahertsi.

Elektromagnetlainete skaala. Teine osa: suur energia

Allpool loetletud lainetel on kahekordne tähendus: need on surmavadelule ohtlikud, kuid samas ei oleks ilma nendeta saanud tekkida bioloogiline eksistents.

1. UV-kiirgus. Nende footonite energia on suurem kui nähtavatel. Neid varustab meie keskne valgusti Päike. Ja kiirguse omadused on järgmised: lainepikkus 10 kuni 380 nanomeetrit, sagedus 310¹⁴ kuni 310^{16 hertsi.}
2. röntgenikiirgus. Kõik, kellel on luumurd, on nendega tuttavad. Kuid neid laineid ei kasutata mitte ainult meditsiinis. Ja nende elektronid kiirgavad suurel kiirusel, mis aeglustub tugevas väljas ehk rasked aatomid, mille sisekest on elektron välja rebitud. Lainepikkus 5 pikomeetrit 10 nanomeetrini, sagedusvahemik 310¹⁶-610^{19 Hertz.}
3. Gammakiirgus. Nende lainete energia langeb sageli kokku röntgenikiirguse energiaga. Nende spekter kattub oluliselt, erineb ainult päritoluallikas. Gammakiirgust tekitavad ainult tuumaradioaktiivsed protsessid. Kuid erinev alt röntgenikiirgusest on γ-kiirgus võimeline saavutama suuremat energiat.

Oleme esitanud elektromagnetlainete skaala peamised jaotised. Iga vahemik on jagatud väiksemateks osadeks. Näiteks võib sageli kuulda "kõva röntgenikiirgust" või "vaakum-ultravioletti". Kuid see jaotus ise on tinglik: on üsna raske kindlaks teha, kus on ühe spektri piirid ja teise spektri algus.

Valgus ja mälu

Nagu me juba ütlesime, saab inimese aju põhilise teabevoo nägemise kaudu. Kuidas aga salvestada olulisi hetki? Enne fotograafia leiutamist (sellega on seotud valguse keemiline toimeprotsessi otse), võiks oma muljed päevikusse kirjutada või kutsuda kunstnik portree või pildi maalima. Esimene viis patustab subjektiivsust, teine - kõik ei saa seda endale lubada.

Nagu alati, aitas juhus leida alternatiivi kirjandusele ja maalikunstile. Hõbenitraadi (AgNO_{3) võime õhu käes tumeneda on teada juba ammu. Selle fakti põhjal koostati foto. Valguse keemiline mõju seisneb selles, et footoni energia aitab kaasa puhta hõbeda eraldamisele selle soolast. Reaktsioon ei ole mingil juhul puht alt füüsiline.}

Aastal 1725 segas saksa füüsik I. G. Schultz kogemata lämmastikhapet, milles hõbe oli lahustunud, kriidiga. Ja siis märkasin kogemata ka, et päikesevalgus muudab segu tumedamaks.

Järgnes hulk leiutisi. Fotod trükiti vasele, paberile, klaasile ja lõpuks plastkilele.

Lebedevi katsed

Ütlesime eespool, et piltide salvestamise praktiline vajadus viis eksperimentide ja hiljem teoreetiliste avastusteni. Mõnikord juhtub see vastupidi: juba arvutatud fakt vajab katsega kinnitust. Teadlased on juba ammu arvanud, et valguse footonid ei ole ainult lained, vaid ka osakesed.

Lebedev ehitas seadme, mis põhines väändekaaludel. Kui valgus langes plaatidele, kaldus nool "0" asendist kõrvale. Seega tõestati, et footonid edastavad pindadele hoogu, mis tähendab, et nad avaldavad neile survet. Ja valguse keemiline toime on sellega palju seotud.

Nagu Einstein juba näitas, on mass ja energia üks ja seesama. Järelikult annab aines "lahustuv" footon sellele oma olemuse. Keha saab saadud energiat kasutada erineval viisil, sealhulgas keemilisteks muundudeks.

Nobeli preemia ja elektronid

Juba mainitud teadlane Albert Einstein on tuntud oma erirelatiivsusteooria, valemi E=mc2 ja relativistlike mõjude tõestuse poolest. Kuid ta sai teaduse peaauhinna mitte selle, vaid teise väga huvitava avastuse eest. Einstein tõestas mitmete katsetega, et valgus võib valgustatud keha pinn alt elektroni "välja tõmmata". Seda nähtust nimetatakse väliseks fotoelektriliseks efektiks. Veidi hiljem avastas seesama Einstein, et on olemas ka sisemine fotoelektriline efekt: kui valguse mõjul olev elektron ei lahku kehast, vaid jaotub ümber, läheb see juhtivusriba. Ja valgustatud aine muudab juhtivuse omadust!

Seda nähtust rakendatakse paljudes valdkondades: katoodlampidest kuni pooljuhtide võrku "kaasamiseni". Meie elu tänapäevasel kujul oleks võimatu ilma fotoelektriefekti kasutamata. Valguse keemiline mõju kinnitab vaid seda, et aines oleva footoni energiat saab muundada erinevateks vormideks.

Osooniaugud ja valged laigud

Pisut kõrgemal ütlesime, et kui keemilised reaktsioonid toimuvad elektromagnetilise kiirguse mõjul, eeldatakse optilist ulatust. Näide, mida tahame praegu tuua, läheb sellest veidi kaugemale.

Hiljuti andsid teadlased üle maailma häirekella: Antarktika kohalosooniauk ripub, see laieneb kogu aeg ja see lõppeb Maa jaoks kindlasti halvasti. Siis aga selgus, et kõik polegi nii hirmus. Esiteks on osoonikiht kuuenda mandri kohal lihts alt õhem kui mujal. Teiseks ei sõltu selle koha suuruse kõikumised inimtegevusest, need on määratud päikesevalguse intensiivsusega.

Aga kust osoon üldse tuleb? Ja see on lihts alt kerge keemiline reaktsioon. Ultraviolett, mida päike kiirgab, kohtub atmosfääri ülakihtides hapnikuga. Ultraviolettkiirgust on palju, hapnikku vähe ja seda esineb harva. Üleval ainult avatud ruum ja vaakum. Ja ultraviolettkiirguse energia on võimeline purustama stabiilsed O₂ molekulid kaheks aatomihapnikuks. Ja siis aitab järgmine UV-kvant kaasa O_{3 ühenduse loomisele. See on osoon.}

Osoonigaas on surmav kõigile elusolenditele. See on väga tõhus inimeste poolt kasutatavate bakterite ja viiruste hävitamisel. Väike gaasikontsentratsioon atmosfääris ei ole kahjulik, kuid puhta osooni sissehingamine on keelatud.

Ja see gaas neelab väga tõhus alt ultraviolettkvante. Seetõttu on osoonikiht nii oluline: see kaitseb planeedi pinna elanikke liigse kiirguse eest, mis võib steriliseerida või tappa kõik bioloogilised organismid. Loodame, et nüüd on selge, mis on valguse keemiline mõju.