Jaký je chemický účinek světla?

2024 Autor: Angel Austin | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-02 17:43

Dnes vám řekneme, jaký je chemický účinek světla, jak se tento jev uplatňuje nyní a jaká je historie jeho objevu.

Světlo a tma

Veškerá literatura (od Bible po moderní beletrii) využívá tyto dva protiklady. Navíc světlo vždy symbolizuje dobrý začátek a tma - špatné a zlé. Pokud nejdete do metafyziky a nepochopíte podstatu jevu, pak základem věčné konfrontace je strach z temnoty, nebo spíše absence světla.

Lidské oko a elektromagnetické spektrum

Lidské oko je navrženo tak, aby lidé vnímali elektromagnetické vibrace určité vlnové délky. Nejdelší vlnová délka má červené světlo (λ=380 nanometrů), nejkratší fialové (λ=780 nanometrů). Celé spektrum elektromagnetických kmitů je mnohem širší a jeho viditelná část zabírá jen nepatrnou část. Infračervené vibrace člověk vnímá jiným smyslovým orgánem – kůží. Tuto část spektra lidé znají jako teplo. Někdo je schopen vidět trochu ultrafialového záření (vzpomeňte si na hlavní postavu ve filmu "Planet Ka-Pax").

Hlavní kanálinformace pro člověka je oko. Lidé proto ztrácejí schopnost posoudit, co se děje kolem, když viditelné světlo po západu slunce zmizí. Temný les se stává nekontrolovatelným, nebezpečným. A kde hrozí nebezpečí, tam je i strach, že přijde někdo neznámý a „kousne sud“. Děsivá a zlá stvoření žijí ve tmě, ale laskavá a chápavá stvoření žijí ve světle.

Škála elektromagnetických vln. Část první: Nízká energie

Při zvažování chemického působení světla má fyzika na mysli normálně viditelné spektrum.

Abyste pochopili, co je světlo obecně, měli byste si nejprve promluvit o všech možných možnostech elektromagnetických oscilací:

1. Rádiové vlny. Jejich vlnová délka je tak dlouhá, že mohou oběhnout Zemi. Odrážejí se od iontové vrstvy planety a přenášejí informace k lidem. Jejich frekvence je 300 gigahertzů nebo méně a vlnová délka je od 1 milimetru nebo více (v budoucnu - do nekonečna).
2. Infračervené záření. Jak jsme si řekli výše, člověk vnímá infračervený rozsah jako teplo. Vlnová délka této části spektra je vyšší než viditelná – od 1 milimetru do 780 nanometrů a frekvence je nižší – od 300 do 429 terahertzů.
3. Viditelné spektrum. Ta část celé stupnice, kterou vnímá lidské oko. Vlnová délka od 380 do 780 nanometrů, frekvence od 429 do 750 terahertzů.

Škála elektromagnetických vln. Část druhá: Vysoké energie

Vlny uvedené níže mají dvojí význam: jsou smrtícíživotu nebezpečné, ale zároveň bez nich by biologická existence nemohla vzniknout.

1. UV záření. Energie těchto fotonů je vyšší než energie viditelných. Dodává je naše centrální svítidlo, Slunce. A charakteristiky záření jsou následující: vlnová délka od 10 do 380 nanometrů, frekvence od 310¹⁴ do 310^{16 Hertz.}
2. Rentgenové záření. Každý, kdo má zlomené kosti, je zná. Ale tyto vlny se používají nejen v medicíně. A jejich elektrony vyzařují vysokou rychlostí, která se v silném poli zpomaluje, nebo těžké atomy, ve kterých byl elektron vytržen z vnitřního obalu. Vlnová délka od 5 pikometrů do 10 nanometrů, frekvenční rozsahy mezi 310¹⁶-610^{19 Hertz.}
3. Záření gama. Energie těchto vln se často shoduje s energií rentgenového záření. Jejich spektrum se výrazně překrývá, liší se pouze zdroj původu. Gama záření je produkováno pouze jadernými radioaktivními procesy. Ale na rozdíl od rentgenového záření je γ-záření schopné vyšších energií.

Uvedli jsme hlavní části stupnice elektromagnetických vln. Každý z rozsahů je rozdělen na menší sekce. Často je například slyšet „tvrdé rentgenové záření“nebo „vakuové ultrafialové záření“. Ale toto rozdělení samo o sobě je podmíněné: je poměrně obtížné určit, kde jsou hranice jednoho a začátku druhého spektra.

Světlo a paměť

Jak jsme již řekli, lidský mozek přijímá hlavní tok informací prostřednictvím zraku. Jak si ale uložit důležité okamžiky? Před vynálezem fotografie (do toho je zapojeno chemické působení světlazpracovat přímo), člověk si mohl zapsat své dojmy do deníku nebo zavolat umělce, aby namaloval portrét nebo obraz. První způsob hřeší subjektivitu, druhý - ne každý si to může dovolit.

Jako vždy pomohla náhoda najít alternativu k literatuře a malbě. Schopnost dusičnanu stříbrného (AgNO_{3) tmavnout na vzduchu je již dlouho známá. Na základě této skutečnosti byla postavena fotografie. Chemický účinek světla spočívá v tom, že energie fotonu přispívá k oddělení čistého stříbra od jeho soli. Reakce není v žádném případě čistě fyzikální.}

V roce 1725 německý fyzik I. G. Schultz omylem smíchal kyselinu dusičnou, ve které bylo rozpuštěno stříbro, s křídou. A pak jsem si také náhodou všiml, že sluneční světlo směs ztmavuje.

Následovala řada vynálezů. Fotografie byly vytištěny na měď, papír, sklo a nakonec na plastovou fólii.

Lebedevovy experimenty

Výše jsme řekli, že praktická potřeba ukládat snímky vedla k experimentům a později k teoretickým objevům. Někdy se to stane naopak: již vypočítaný fakt je třeba potvrdit experimentem. Skutečnost, že fotony světla nejsou jen vlny, ale také částice, vědci už dlouho hádali.

Lebedev postavil zařízení založené na torzních vahách. Když světlo dopadalo na desky, šipka se odchýlila z polohy "0". Bylo tedy prokázáno, že fotony přenášejí hybnost na povrchy, což znamená, že na ně vyvíjejí tlak. A chemické působení světla s tím má hodně společného.

Jak již Einstein ukázal, hmota a energie jsou jedno a totéž. V důsledku toho foton, „rozpouštějící se“v látce, jí dává její podstatu. Tělo může přijatou energii využít různými způsoby, včetně chemických přeměn.

Nobelova cena a elektrony

Již zmíněný vědec Albert Einstein je známý svou speciální teorií relativity, vzorcem E=mc2 a důkazem relativistických efektů. Ale hlavní cenu vědy nedostal za to, ale za další velmi zajímavý objev. Einstein v sérii experimentů dokázal, že světlo dokáže „vytáhnout“elektron z povrchu osvětleného tělesa. Tento jev se nazývá vnější fotoelektrický jev. O něco později tentýž Einstein zjistil, že existuje také vnitřní fotoelektrický jev: když elektron pod vlivem světla neopustí tělo, ale je přerozdělen, přejde do vodivého pásu. A osvětlená látka mění vlastnost vodivosti!

Oblastí, ve kterých se tento jev uplatňuje, je mnoho: od katodových výbojek po „začlenění“do polovodičové sítě. Náš život v jeho moderní podobě by byl nemožný bez využití fotoelektrického jevu. Chemický účinek světla jen potvrzuje, že energie fotonu v hmotě může být přeměněna na různé formy.

Ozónové díry a bílé skvrny

O něco výše jsme řekli, že když dochází k chemickým reakcím pod vlivem elektromagnetického záření, předpokládá se optický rozsah. Příklad, který nyní chceme uvést, jde o něco dále.

Vědci z celého světa nedávno bili na poplach: nad Antarktidouozónová díra visí, neustále se rozšiřuje a to pro Zemi rozhodně skončí špatně. Ale pak se ukázalo, že všechno není tak děsivé. Za prvé, ozonová vrstva na šestém kontinentu je prostě tenčí než jinde. Za druhé, kolísání velikosti této skvrny nezávisí na lidské činnosti, je dáno intenzitou slunečního záření.

Odkud se ale ozón vůbec bere? A to je jen světelně-chemická reakce. Ultrafialové záření, které Slunce vyzařuje, se setkává s kyslíkem v horních vrstvách atmosféry. Je tam hodně ultrafialového záření, málo kyslíku a je vzácné. Nahoře pouze otevřený prostor a vakuum. A energie ultrafialového záření je schopna rozbít stabilní molekuly O₂ na dva atomové kyslíky. A pak další UV kvantum přispívá k vytvoření spojení O_{3. Toto je ozón.}

Ozonový plyn je smrtící pro všechny živé věci. Je velmi účinný při zabíjení bakterií a virů, které lidé používají. Malá koncentrace plynu v atmosféře není škodlivá, ale je zakázáno vdechovat čistý ozón.

A tento plyn velmi účinně absorbuje ultrafialová kvanta. Proto je ozónová vrstva tak důležitá: chrání obyvatele povrchu planety před přemírou radiace, která může sterilizovat nebo zabít všechny biologické organismy. Doufáme, že nyní je jasné, jaký je chemický účinek světla.