Hôm nay chúng tôi sẽ cho bạn biết tác dụng hóa học của ánh sáng là gì, hiện tượng này được ứng dụng như thế nào và lịch sử phát hiện ra nó là gì.
Ánh sáng và bóng tối
Tất cả văn học (từ Kinh thánh đến tiểu thuyết hiện đại) đều khai thác hai mặt đối lập này. Hơn nữa, ánh sáng luôn tượng trưng cho sự khởi đầu tốt đẹp, và bóng tối - xấu xa. Nếu bạn không đi sâu vào siêu hình học và hiểu bản chất của hiện tượng, thì cơ sở của cuộc đối đầu vĩnh cửu là nỗi sợ hãi bóng tối, hay nói đúng hơn là sự thiếu vắng ánh sáng.
Mắt người và quang phổ điện từ
Mắt người được thiết kế để mọi người cảm nhận các dao động điện từ của một bước sóng nhất định. Bước sóng dài nhất thuộc về ánh sáng đỏ (λ=380 nanomet), ngắn nhất - ánh sáng tím (λ=780 nanomet). Toàn phổ của dao động điện từ rộng hơn nhiều, và phần khả kiến của nó chỉ chiếm một phần rất nhỏ. Một người cảm nhận các rung động hồng ngoại bằng một cơ quan cảm giác khác - da. Phần này của quang phổ mà mọi người gọi là nhiệt. Ai đó có thể nhìn thấy một chút tia cực tím (hãy nghĩ đến nhân vật chính trong bộ phim "Hành tinh Ka-Pax").
Kênh chínhthông tin cho một người là mắt. Do đó, con người mất khả năng đánh giá những gì đang xảy ra xung quanh khi ánh sáng nhìn thấy biến mất sau khi mặt trời lặn. Khu rừng tối tăm trở nên mất kiểm soát, nguy hiểm. Và ở đâu có nguy hiểm, ở đó cũng có nỗi lo sợ ai đó không biết sẽ đến và “cắn thùng”. Những sinh vật đáng sợ và độc ác sống trong bóng tối, nhưng những sinh vật tốt bụng và hiểu biết sống trong ánh sáng.
Thang đo của sóng điện từ. Phần một: Năng lượng thấp
Khi xem xét hoạt động hóa học của ánh sáng, vật lý có nghĩa là quang phổ thông thường nhìn thấy được.
Để hiểu ánh sáng nói chung là gì, trước tiên bạn nên nói về tất cả các lựa chọn có thể có đối với dao động điện từ:
- Sóng radio. Bước sóng của chúng dài đến mức chúng có thể đi quanh Trái đất. Chúng được phản chiếu từ lớp ion của hành tinh và mang thông tin đến con người. Tần số của chúng là 300 gigahertz trở xuống và bước sóng từ 1 milimét trở lên (trong tương lai - đến vô cùng).
- Bức xạ hồng ngoại. Như chúng ta đã nói ở trên, một người coi phạm vi hồng ngoại là nhiệt. Bước sóng của phần này của quang phổ cao hơn bước sóng của phần có thể nhìn thấy - từ 1 milimet đến 780 nanomet và tần số thấp hơn - từ 300 đến 429 terahertz.
- Quang phổ nhìn thấy được. Đó là một phần của toàn bộ quy mô mà mắt người cảm nhận được. Bước sóng từ 380 đến 780 nanomet, tần số từ 429 đến 750 terahertz.
Thang đo của sóng điện từ. Phần hai: Năng lượng cao
Những con sóng được liệt kê dưới đây có nghĩa kép: chúng chết chócnguy hiểm đến tính mạng, nhưng đồng thời, không có chúng, sự tồn tại sinh học không thể phát sinh.
- bức xạ tia cực tím. Năng lượng của những photon này cao hơn năng lượng của những photon nhìn thấy được. Chúng được cung cấp bởi ánh sáng trung tâm của chúng ta, Mặt trời. Và các đặc tính của bức xạ như sau: bước sóng từ 10 đến 380 nanomet, tần số từ 31014đến 31016Hertz.
- X-quang. Ai bị gãy xương thì quen. Nhưng những sóng này không chỉ được sử dụng trong y học. Và các điện tử của chúng bức xạ ở tốc độ cao, làm chậm lại trong một trường mạnh, hoặc các nguyên tử nặng, trong đó một điện tử đã bị xé ra khỏi lớp vỏ bên trong. Bước sóng từ 5 picomemet đến 10 nanomet, dải tần trong khoảng 31016-61019Hertz.
- Bức xạ gamma. Năng lượng của các sóng này thường trùng với năng lượng của tia X. Quang phổ của chúng chồng lên nhau đáng kể, chỉ khác nhau về nguồn gốc. Tia gamma chỉ được tạo ra bởi quá trình phóng xạ hạt nhân. Tuy nhiên, không giống như tia X, bức xạ γ có năng lượng cao hơn.
Chúng tôi đã đưa ra các phần chính của thang đo sóng điện từ. Mỗi phạm vi được chia thành các phần nhỏ hơn. Ví dụ, "tia X cứng" hoặc "tia cực tím chân không" thường có thể được nghe thấy. Nhưng bản thân sự phân chia này là có điều kiện: khá khó xác định đâu là ranh giới của một phổ và điểm bắt đầu của một phổ khác.
Ánh sáng và ký ức
Như chúng ta đã nói, não bộ con người tiếp nhận luồng thông tin chính thông qua thị giác. Nhưng làm thế nào để bạn lưu lại những khoảnh khắc quan trọng? Trước khi phát minh ra nhiếp ảnh (phản ứng hóa học của ánh sáng có liên quan đếnxử lý trực tiếp), người ta có thể viết ra những ấn tượng của một người trong nhật ký hoặc gọi một nghệ sĩ để vẽ một bức chân dung hoặc một bức tranh. Cách thứ nhất phạm tội chủ quan, cách thứ hai - không phải ai cũng có thể mua được.
Như mọi khi, cơ hội đã giúp tìm ra một giải pháp thay thế cho văn học và hội họa. Khả năng làm đen của bạc nitrat (AgNO3) trong không khí đã được biết đến từ lâu. Dựa trên thực tế này, một bức ảnh đã được xây dựng. Tác dụng hóa học của ánh sáng là năng lượng photon góp phần tách bạc nguyên chất ra khỏi muối của nó. Phản ứng hoàn toàn không phải là phản ứng vật lý.
Năm 1725, nhà vật lý người Đức I. G. Schultz đã vô tình trộn lẫn axit nitric, trong đó bạc được hòa tan với phấn. Và sau đó tôi cũng vô tình nhận thấy rằng ánh nắng làm đen hỗn hợp.
Một số phát minh sau đó. Ảnh được in trên đồng, giấy, thủy tinh và cuối cùng là trên phim nhựa.
Thử nghiệm của Lebedev
Chúng tôi đã nói ở trên rằng nhu cầu thực tế để lưu hình ảnh dẫn đến các thí nghiệm và sau đó là khám phá lý thuyết. Đôi khi nó xảy ra theo chiều ngược lại: một thực tế đã được tính toán trước cần được xác nhận bằng thực nghiệm. Thực tế là các photon ánh sáng không chỉ là sóng, mà còn là các hạt, các nhà khoa học đã đoán từ lâu.
Lebedev đã chế tạo một thiết bị dựa trên cân bằng lực xoắn. Khi ánh sáng chiếu vào các tấm, mũi tên lệch khỏi vị trí "0". Vì vậy, người ta đã chứng minh rằng các photon truyền động lượng cho các bề mặt, có nghĩa là chúng gây áp lực lên chúng. Và tác động hóa học của ánh sáng có liên quan rất nhiều đến nó.
Như Einstein đã chỉ ra, khối lượng và năng lượng là một. Do đó, photon, "hòa tan" trong chất, tạo ra bản chất của nó. Cơ thể có thể sử dụng năng lượng nhận được theo nhiều cách khác nhau, bao gồm cả để biến đổi hóa học.
Giải Nobel và các electron
Đã được nhắc đến Nhà khoa học Albert Einstein được biết đến với thuyết tương đối hẹp, công thức E=mc2và bằng chứng về hiệu ứng tương đối tính. Nhưng ông đã nhận được giải thưởng chính của khoa học không phải vì điều này, mà là vì một khám phá rất thú vị khác. Einstein đã chứng minh trong một loạt thí nghiệm rằng ánh sáng có thể "kéo" một electron ra khỏi bề mặt của một vật thể được chiếu sáng. Hiện tượng này được gọi là hiệu ứng quang điện ngoài. Ít lâu sau, chính Einstein cũng phát hiện ra rằng còn có một hiệu ứng quang điện bên trong: khi một electron dưới tác động của ánh sáng không rời khỏi cơ thể, mà được phân bố lại, nó đi vào vùng dẫn. Và chất được chiếu sáng sẽ thay đổi đặc tính của độ dẫn điện!
Các lĩnh vực mà hiện tượng này được áp dụng rất nhiều: từ đèn catốt đến "đưa vào" mạng bán dẫn. Cuộc sống của chúng ta ở dạng hiện đại sẽ không thể thực hiện được nếu không sử dụng hiệu ứng quang điện. Hiệu ứng hóa học của ánh sáng chỉ xác nhận rằng năng lượng của một photon trong vật chất có thể được chuyển đổi thành nhiều dạng khác nhau.
Lỗ ôzôn và đốm trắng
Cao hơn một chút, chúng tôi đã nói rằng khi các phản ứng hóa học xảy ra dưới ảnh hưởng của bức xạ điện từ, thì phạm vi quang học được ngụ ý. Ví dụ mà chúng tôi muốn đưa ra bây giờ vượt xa hơn một chút.
Gần đây, các nhà khoa học trên khắp thế giới đã gióng lên hồi chuông cảnh báo: Nam Cựclỗ thủng ôzôn đang treo lơ lửng, nó đang mở rộng mọi lúc, và điều này chắc chắn sẽ kết thúc tồi tệ đối với Trái đất. Nhưng rồi hóa ra mọi thứ không đáng sợ như vậy. Thứ nhất, tầng ôzôn trên lục địa thứ sáu chỉ đơn giản là mỏng hơn những nơi khác. Thứ hai, sự dao động về kích thước của điểm này không phụ thuộc vào hoạt động của con người, chúng được xác định bởi cường độ ánh sáng mặt trời.
Nhưng ozone thậm chí đến từ đâu? Và đây chỉ là một phản ứng hóa học nhẹ. Tia cực tím mà mặt trời phát ra gặp oxy trong tầng cao của bầu khí quyển. Có rất nhiều tia cực tím, ít oxy và nó rất hiếm. Bên trên chỉ có không gian mở và chân không. Và năng lượng của bức xạ tia cực tím có khả năng phá vỡ các phân tử O2ổn định thành hai oxy nguyên tử. Và sau đó lượng tử UV tiếp theo góp phần tạo ra kết nối O3. Đây là ozone.
Khí ozone gây tử vong cho mọi sinh vật. Nó rất hiệu quả trong việc tiêu diệt vi khuẩn và vi rút được sử dụng bởi con người. Một nồng độ nhỏ khí trong khí quyển không có hại, nhưng không được phép hít phải ozone tinh khiết.
Và loại khí này hấp thụ lượng tử cực tím rất hiệu quả. Do đó, tầng ôzôn rất quan trọng: nó bảo vệ cư dân trên bề mặt hành tinh khỏi lượng bức xạ dư thừa có thể khử trùng hoặc giết chết tất cả các sinh vật sinh học. Chúng tôi hy vọng rằng bây giờ chúng ta đã rõ tác dụng hóa học của ánh sáng là gì.
