מהי ההשפעה הכימית של האור?

2024 מְחַבֵּר: Angel Austin | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-02 17:47

היום נספר לכם מהי ההשפעה הכימית של האור, כיצד תופעה זו מיושמת כעת ומה ההיסטוריה של גילויה.

אור וחושך

כל הספרות (מהתנ ך ועד הסיפורת המודרנית) מנצלת את שני ההפכים הללו. יתר על כן, האור תמיד מסמל התחלה טובה, וחושך - רע ורע. אם לא נכנסים למטאפיסיקה ומבינים את מהות התופעה, אזי הבסיס של העימות הנצחי הוא הפחד מחושך, או יותר נכון, היעדר האור.

העין האנושית והספקטרום האלקטרומגנטי

העין האנושית מתוכננת כך שאנשים קולטים רעידות אלקטרומגנטיות באורך גל מסוים. אורך הגל הארוך ביותר שייך לאור אדום (λ=380 ננומטר), הקצר ביותר - סגול (λ=780 ננומטר). הספקטרום המלא של תנודות אלקטרומגנטיות רחב הרבה יותר, והחלק הגלוי שלו תופס רק חלק זעיר. אדם קולט תנודות אינפרא אדום עם איבר חישה אחר - העור. חלק זה של הספקטרום שאנשים מכירים כחום. מישהו מסוגל לראות מעט אולטרה סגול (תחשוב על הדמות הראשית בסרט "כוכב הלכת Ka-Pax").

ערוץ ראשימידע לאדם הוא העין. לכן, אנשים מאבדים את היכולת להעריך מה קורה מסביב כאשר האור הנראה נעלם לאחר השקיעה. היער האפל הופך לבלתי נשלט, מסוכן. ובמקום שיש סכנה, יש גם החשש שיבוא אלמוני ו"נשוך את החבית". יצורים מפחידים ורעים חיים בחושך, אבל יצורים אדיבים ומבינים חיים באור.

קנה המידה של גלים אלקטרומגנטיים. חלק ראשון: אנרגיות נמוכות

כאשר בוחנים את הפעולה הכימית של האור, הפיזיקה פירושה הספקטרום הנראה בדרך כלל.

כדי להבין מהו אור באופן כללי, כדאי קודם כל לדבר על כל האפשרויות האפשריות לתנודות אלקטרומגנטיות:

1. גלי רדיו. אורך הגל שלהם כל כך ארוך שהם יכולים להקיף את כדור הארץ. הם משתקפים מהשכבה היונית של כדור הארץ ונושאים מידע לאנשים. התדר שלהם הוא 300 גיגה הרץ או פחות, ואורך הגל הוא ממילימטר אחד או יותר (בעתיד - עד אינסוף).
2. קרינת אינפרא אדומה. כפי שאמרנו לעיל, אדם תופס את טווח האינפרא אדום כחום. אורך הגל של חלק זה של הספקטרום גבוה מזה של הנראה - מ-1 מילימטר ל-780 ננומטר, והתדר נמוך יותר - מ-300 ל-429 טרה-הרץ.
3. ספקטרום גלוי. החלק הזה של כל הסקאלה שהעין האנושית קולטת. אורך גל מ-380 עד 780 ננומטר, תדר מ-429 עד 750 טרה-הרץ.

קנה המידה של גלים אלקטרומגנטיים. חלק שני: אנרגיות גבוהות

לגלים המפורטים למטה יש משמעות כפולה: הם קטלנייםמסוכן לחיים, אך יחד עם זאת, בלעדיהם, הקיום הביולוגי לא היה יכול להיווצר.

1. קרינת UV. האנרגיה של הפוטונים הללו גבוהה מזו של הפוטונים הנראים. הם מסופקים על ידי האור המרכזי שלנו, השמש. והמאפיינים של הקרינה הם כדלקמן: אורך גל מ-10 עד 380 ננומטר, תדר מ-310¹⁴ ל-310^{16 הרץ.}
2. צילומי רנטגן. כל מי שיש לו עצמות שבורות מכיר אותם. אבל גלים אלה משמשים לא רק ברפואה. והאלקטרונים שלהם מקרינים במהירות גבוהה, מה שמאט בשדה חזק, או אטומים כבדים, שבהם אלקטרון נתלש מהקליפה הפנימית. אורך גל מ-5 פיקומטר עד 10 ננומטר, טווחי תדרים בין 310¹⁶-610^{19 Hertz.}
3. קרינת גמא. האנרגיה של גלים אלה עולה בקנה אחד עם זו של קרני רנטגן. הספקטרום שלהם חופף באופן משמעותי, רק מקור המקור שונה. קרני גמא מופקות רק בתהליכים רדיואקטיביים גרעיניים. אבל, בניגוד לקרני רנטגן, קרינת γ מסוגלת לאנרגיות גבוהות יותר.

נתנו את הקטעים העיקריים של קנה המידה של גלים אלקטרומגנטיים. כל אחד מהטווחים מחולק למקטעים קטנים יותר. לדוגמה, לעתים קרובות ניתן לשמוע "קרני רנטגן קשות" או "וואקום אולטרה סגול". אבל החלוקה הזו עצמה מותנית: די קשה לקבוע היכן נמצאים הגבולות של ספקטרום אחד ותחילתו של ספקטרום אחר.

אור וזיכרון

כפי שכבר אמרנו, המוח האנושי מקבל את זרימת המידע העיקרית דרך הראייה. אבל איך שומרים רגעים חשובים? לפני המצאת הצילום (הפעולה הכימית של האור מעורבת בכךתהליך ישירות), אפשר לרשום את ההתרשמות שלו ביומן או לקרוא לאמן לצייר דיוקן או תמונה. הדרך הראשונה חוטאת בסובייקטיביות, השנייה - לא כולם יכולים להרשות זאת לעצמם.

כמו תמיד, המקרה עזרה למצוא אלטרנטיבה לספרות ולציור. יכולתו של חנקתי כסף (AgNO_{3) להתכהות באוויר ידועה זה מכבר. על סמך עובדה זו, נבנה תצלום. ההשפעה הכימית של האור היא שאנרגיית הפוטון תורמת להפרדה של כסף טהור מהמלח שלו. התגובה היא בשום אופן לא פיזית בלבד.}

בשנת 1725, הפיזיקאי הגרמני I. G. Schultz ערבב בטעות חומצה חנקתית, שבה הומס כסף, עם גיר. ואז גם שמתי לב בטעות שאור השמש מכהה את התערובת.

הבאו מספר המצאות. התמונות הודפסו על נחושת, נייר, זכוכית, ולבסוף על סרט פלסטיק.

הניסויים של לבדב

אמרנו למעלה שהצורך המעשי בשמירת תמונות הוביל לניסויים, ובהמשך לגילויים תיאורטיים. לפעמים זה קורה הפוך: עובדה שכבר מחושבת צריכה להיות מאושרת בניסוי. העובדה שפוטונים של אור הם לא רק גלים, אלא גם חלקיקים, מדענים שיערו זה מכבר.

לבדב בנה מכשיר המבוסס על מאזני פיתול. כאשר נפל אור על הלוחות, החץ סטה ממצב "0". אז הוכח שפוטונים מעבירים מומנטום למשטחים, מה שאומר שהם מפעילים עליהם לחץ. ולפעולה הכימית של האור יש הרבה קשר לזה.

כפי שכבר הראה איינשטיין, מסה ואנרגיה זהים. כתוצאה מכך, הפוטון, "המתמוסס" בחומר, נותן לו את המהות שלו. הגוף יכול להשתמש באנרגיה המתקבלת בדרכים שונות, כולל עבור טרנספורמציות כימיות.

פרס נובל ואלקטרונים

המדען שהוזכר כבר אלברט איינשטיין ידוע בתורת היחסות המיוחדת שלו, בנוסחה E=mc2 והוכחה להשפעות יחסותיות. אבל הוא קיבל את הפרס העיקרי של המדע לא על זה, אלא על עוד תגלית מעניינת מאוד. איינשטיין הוכיח בסדרת ניסויים שאור יכול "לשלוף" אלקטרון מפני השטח של גוף מואר. תופעה זו נקראת האפקט הפוטואלקטרי החיצוני. קצת אחר כך גילה אותו איינשטיין שיש גם אפקט פוטו-אלקטרי פנימי: כאשר אלקטרון בהשפעת האור אינו עוזב את הגוף, אלא מופץ מחדש, הוא עובר לרצועת ההולכה. והחומר המואר משנה את תכונת המוליכות!

שדות שבהם מיושמת תופעה זו הם רבים: מנורות קתודה ועד ל"הכללה" ברשת המוליכים למחצה. החיים שלנו בצורתם המודרנית יהיו בלתי אפשריים ללא השימוש באפקט הפוטואלקטרי. ההשפעה הכימית של האור רק מאשרת שניתן להמיר את האנרגיה של פוטון בחומר לצורות שונות.

חורי אוזון וכתמים לבנים

קצת יותר גבוה אמרנו שכאשר תגובות כימיות מתרחשות בהשפעת קרינה אלקטרומגנטית, הטווח האופטי משתמע. הדוגמה שאנחנו רוצים לתת עכשיו קצת מעבר לזה.

לאחרונה, מדענים ברחבי העולם השמיעו אזעקה: מעל אנטארקטיקההחור באוזון תלוי, הוא מתרחב כל הזמן, וזה בהחלט ייגמר רע עבור כדור הארץ. אבל אז התברר שהכל לא כל כך מפחיד. ראשית, שכבת האוזון מעל היבשת השישית פשוט דקה יותר מאשר במקומות אחרים. שנית, תנודות בגודל נקודה זו אינן תלויות בפעילות אנושית, הן נקבעות על ידי עוצמת אור השמש.

אבל מאיפה האוזון בכלל מגיע? וזו רק תגובה קלה-כימית. האולטרה סגול שהשמש פולטת פוגש חמצן באטמוספרה העליונה. יש הרבה אולטרה סגול, מעט חמצן, וזה נדיר. מעל רק שטח פתוח ואקום. והאנרגיה של קרינה אולטרה סגולה מסוגלת לשבור את מולקולות O₂ היציבות לשני חמצן אטומי. ואז קוונטי UV הבא תורם ליצירת החיבור O_{3. זה אוזון.}

גז אוזון הוא קטלני לכל היצורים החיים. הוא יעיל מאוד בהריגת חיידקים ווירוסים המשמשים בני אדם. ריכוז קטן של גז באטמוספרה אינו מזיק, אך אסור לשאוף אוזון טהור.

והגז הזה סופג ביעילות רבה קוונטות אולטרה סגולות. לכן, שכבת האוזון כל כך חשובה: היא מגנה על תושבי פני כדור הארץ מפני עודף קרינה שיכול לעקר או להרוג את כל האורגניזמים הביולוגיים. אנו מקווים שעכשיו ברור מה ההשפעה הכימית של האור.