Apakah kesan kimia cahaya?

2024 Pengarang: Angel Austin | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-02 17:53

Hari ini kami akan memberitahu anda apakah kesan kimia cahaya, bagaimana fenomena ini digunakan sekarang dan apakah sejarah penemuannya.

Terang dan kegelapan

Semua kesusasteraan (dari Alkitab hingga fiksyen moden) mengeksploitasi dua perkara yang bertentangan ini. Selain itu, cahaya sentiasa melambangkan permulaan yang baik, dan kegelapan - buruk dan jahat. Jika anda tidak mendalami metafizik dan memahami intipati fenomena itu, maka asas konfrontasi kekal ialah ketakutan akan kegelapan, atau lebih tepatnya, ketiadaan cahaya.

Mata manusia dan spektrum elektromagnet

Mata manusia direka bentuk supaya orang dapat melihat getaran elektromagnet pada panjang gelombang tertentu. Panjang gelombang terpanjang tergolong dalam cahaya merah (λ=380 nanometer), yang terpendek - ungu (λ=780 nanometer). Spektrum penuh ayunan elektromagnet adalah lebih luas, dan bahagian yang boleh dilihat hanya menduduki sebahagian kecil. Seseorang merasakan getaran inframerah dengan organ deria lain - kulit. Bahagian spektrum ini dikenali sebagai haba. Seseorang dapat melihat sedikit ultraviolet (fikirkan watak utama dalam filem "Planet Ka-Pax").

Saluran utamamaklumat bagi seseorang adalah mata. Oleh itu, orang kehilangan keupayaan untuk menilai apa yang berlaku di sekeliling apabila cahaya kelihatan hilang selepas matahari terbenam. Hutan gelap menjadi tidak terkawal, berbahaya. Dan di mana terdapat bahaya, terdapat juga ketakutan bahawa seseorang yang tidak dikenali akan datang dan "menggigit tong." Makhluk yang menakutkan dan jahat hidup dalam kegelapan, tetapi makhluk yang baik hati dan memahami hidup dalam terang.

Skala gelombang elektromagnet. Bahagian Satu: Tenaga Rendah

Apabila mempertimbangkan tindakan kimia cahaya, fizik bermaksud spektrum yang biasanya kelihatan.

Untuk memahami apa itu cahaya secara umum, anda harus terlebih dahulu bercakap tentang semua pilihan yang mungkin untuk ayunan elektromagnet:

1. Gelombang radio. Panjang gelombang mereka sangat panjang sehingga mereka boleh mengelilingi Bumi. Mereka dipantulkan dari lapisan ionik planet dan membawa maklumat kepada manusia. Kekerapannya ialah 300 gigahertz atau kurang, dan panjang gelombang adalah daripada 1 milimeter atau lebih (pada masa hadapan - hingga infiniti).
2. Radiasi inframerah. Seperti yang kita katakan di atas, seseorang menganggap julat inframerah sebagai haba. Panjang gelombang bahagian spektrum ini lebih tinggi daripada yang boleh dilihat - daripada 1 milimeter hingga 780 nanometer, dan frekuensinya lebih rendah - daripada 300 hingga 429 terahertz.
3. Spektrum yang boleh dilihat. Bahagian keseluruhan skala yang dilihat oleh mata manusia. Panjang gelombang dari 380 hingga 780 nanometer, frekuensi dari 429 hingga 750 terahertz.

Skala gelombang elektromagnet. Bahagian Kedua: Tenaga Tinggi

Ombak yang disenaraikan di bawah mempunyai makna ganda: ia boleh membawa mautberbahaya kepada kehidupan, tetapi pada masa yang sama, tanpa mereka, kewujudan biologi tidak mungkin timbul.

1. sinaran UV. Tenaga foton ini lebih tinggi daripada tenaga yang boleh dilihat. Mereka dibekalkan oleh penerang pusat kita, Matahari. Dan ciri-ciri sinaran adalah seperti berikut: panjang gelombang dari 10 hingga 380 nanometer, frekuensi dari 310¹⁴ hingga 310^{16 Hertz.}
2. X-ray. Sesiapa yang mengalami patah tulang sudah biasa dengan mereka. Tetapi gelombang ini digunakan bukan sahaja dalam perubatan. Dan elektron mereka memancar pada kelajuan tinggi, yang perlahan dalam medan yang kuat, atau atom berat, di mana elektron telah tercabut dari kulit dalam. Panjang gelombang daripada 5 picometer hingga 10 nanometer, julat frekuensi antara 310¹⁶-610^{19 Hertz.}
3. Radiasi gama. Tenaga gelombang ini selalunya bertepatan dengan tenaga sinar-X. Spektrum mereka bertindih dengan ketara, hanya sumber asal yang berbeza. Sinar gamma dihasilkan hanya melalui proses radioaktif nuklear. Tetapi, tidak seperti sinar-X, sinaran γ mampu menghasilkan tenaga yang lebih tinggi.

Kami telah memberikan bahagian utama skala gelombang elektromagnet. Setiap julat dibahagikan kepada bahagian yang lebih kecil. Contohnya, "sinar x keras" atau "ultraviolet vakum" selalunya boleh didengari. Tetapi pembahagian ini sendiri adalah bersyarat: agak sukar untuk menentukan di mana sempadan satu dan permulaan spektrum yang lain.

Cahaya dan ingatan

Seperti yang telah kita katakan, otak manusia menerima aliran utama maklumat melalui penglihatan. Tetapi bagaimana anda menyimpan momen penting? Sebelum penciptaan fotografi (tindakan kimia cahaya terlibat dalam iniproses secara langsung), seseorang boleh menulis kesan seseorang dalam diari atau memanggil artis untuk melukis potret atau gambar. Cara pertama menyebabkan subjektiviti, yang kedua - tidak semua orang mampu membelinya.

Seperti biasa, peluang membantu mencari alternatif kepada sastera dan lukisan. Keupayaan perak nitrat (AgNO_{3) untuk menjadi gelap di udara telah lama diketahui. Berdasarkan fakta ini, sebuah gambar telah dibina. Kesan kimia cahaya ialah tenaga foton menyumbang kepada pemisahan perak tulen daripada garamnya. Reaksinya bukanlah fizikal semata-mata.}

Pada tahun 1725, ahli fizik Jerman I. G. Schultz secara tidak sengaja mencampurkan asid nitrik, di mana perak dilarutkan, dengan kapur. Dan kemudian saya juga secara tidak sengaja perasan bahawa cahaya matahari menggelapkan campuran.

Beberapa ciptaan diikuti. Foto dicetak pada kuprum, kertas, kaca dan akhirnya pada filem plastik.

Percubaan Lebedev

Kami mengatakan di atas bahawa keperluan praktikal untuk menyimpan imej membawa kepada percubaan, dan kemudiannya kepada penemuan teori. Kadangkala ia berlaku sebaliknya: fakta yang telah dikira perlu disahkan melalui percubaan. Hakikat bahawa foton cahaya bukan sahaja gelombang, tetapi juga zarah, saintis telah lama meneka.

Lebedev membina peranti berdasarkan imbangan kilasan. Apabila cahaya jatuh pada plat, anak panah menyimpang dari kedudukan "0". Jadi terbukti bahawa foton menghantar momentum ke permukaan, yang bermaksud mereka memberi tekanan pada mereka. Dan tindakan kimia cahaya mempunyai banyak kaitan dengannya.

Seperti yang telah ditunjukkan oleh Einstein, jisim dan tenaga adalah satu dan sama. Akibatnya, foton, "larut" dalam bahan, memberikan intipatinya. Badan boleh menggunakan tenaga yang diterima dengan cara yang berbeza, termasuk untuk transformasi kimia.

Hadiah Nobel dan elektron

Saintis Albert Einstein yang telah disebutkan terkenal dengan teori relativiti khasnya, formula E=mc2 dan bukti kesan relativistik. Tetapi dia menerima hadiah utama sains bukan untuk ini, tetapi untuk penemuan lain yang sangat menarik. Einstein membuktikan dalam satu siri eksperimen bahawa cahaya boleh "menarik keluar" elektron dari permukaan jasad yang diterangi. Fenomena ini dipanggil kesan fotoelektrik luaran. Tidak lama kemudian, Einstein yang sama mendapati bahawa terdapat juga kesan fotoelektrik dalaman: apabila elektron di bawah pengaruh cahaya tidak meninggalkan badan, tetapi diagihkan semula, ia masuk ke jalur pengaliran. Dan bahan yang diterangi mengubah sifat kekonduksian!

Bidang di mana fenomena ini digunakan adalah banyak: daripada lampu katod kepada "pemasukan" dalam rangkaian semikonduktor. Kehidupan kita dalam bentuk moden adalah mustahil tanpa menggunakan kesan fotoelektrik. Kesan kimia cahaya hanya mengesahkan bahawa tenaga foton dalam jirim boleh ditukar kepada pelbagai bentuk.

Lubang ozon dan bintik putih

Sedikit lebih tinggi kami mengatakan bahawa apabila tindak balas kimia berlaku di bawah pengaruh sinaran elektromagnet, julat optik adalah tersirat. Contoh yang ingin kami berikan sekarang melampaui itu.

Baru-baru ini, saintis di seluruh dunia membunyikan penggera: di atas Antartikalubang ozon tergantung, ia mengembang sepanjang masa, dan ini pasti akan berakhir dengan teruk untuk Bumi. Tetapi kemudian ternyata semuanya tidak begitu menakutkan. Pertama, lapisan ozon di benua keenam adalah lebih nipis berbanding di tempat lain. Kedua, turun naik dalam saiz bintik ini tidak bergantung pada aktiviti manusia, ia ditentukan oleh keamatan cahaya matahari.

Tetapi dari mana datangnya ozon? Dan ini hanyalah tindak balas kimia ringan. Ultraviolet yang dipancarkan matahari bertemu dengan oksigen di atmosfera atas. Terdapat banyak ultraungu, sedikit oksigen, dan ia jarang berlaku. Di atas sahaja ruang terbuka dan vakum. Dan tenaga sinaran ultraungu mampu memecahkan molekul O₂ yang stabil kepada dua oksigen atom. Kemudian kuantum UV seterusnya menyumbang kepada penciptaan sambungan O_{3. Ini ialah ozon.}

Gas ozon membawa maut kepada semua hidupan. Ia sangat berkesan dalam membunuh bakteria dan virus yang digunakan oleh manusia. Sedikit kepekatan gas di atmosfera tidak berbahaya, tetapi ia dilarang untuk menyedut ozon tulen.

Dan gas ini sangat berkesan menyerap kuanta ultraungu. Oleh itu, lapisan ozon sangat penting: ia melindungi penduduk permukaan planet daripada lebihan sinaran yang boleh mensterilkan atau membunuh semua organisma biologi. Kami berharap sekarang sudah jelas apakah kesan kimia cahaya.