რა არის სინათლის ქიმიური ეფექტი?

2024 ავტორი: Angel Austin | [email protected]. ბოლოს შეცვლილი: 2024-01-02 17:50

დღეს ჩვენ გეტყვით, რა არის სინათლის ქიმიური ეფექტი, როგორ გამოიყენება ახლა ეს ფენომენი და როგორია მისი აღმოჩენის ისტორია.

სინათლე და სიბნელე

მთელი ლიტერატურა (ბიბლიიდან თანამედროვე მხატვრულ ლიტერატურამდე) იყენებს ამ ორ საპირისპიროს. უფრო მეტიც, სინათლე ყოველთვის სიმბოლოა კარგი დასაწყისის, ხოლო სიბნელე - ცუდი და ბოროტი. თუ მეტაფიზიკას არ შეხვალ და არ გესმის ფენომენის არსი, მაშინ მარადიული დაპირისპირების საფუძველი სიბნელის შიშია, უფრო სწორად, სინათლის არარსებობა.

ადამიანის თვალი და ელექტრომაგნიტური სპექტრი

ადამიანის თვალი ისეა შექმნილი, რომ ადამიანები აღიქვან გარკვეული ტალღის სიგრძის ელექტრომაგნიტური ვიბრაციები. ყველაზე გრძელი ტალღის სიგრძე ეკუთვნის წითელ შუქს (λ=380 ნანომეტრი), ყველაზე მოკლე - იისფერი (λ=780 ნანომეტრი). ელექტრომაგნიტური რხევების სრული სპექტრი გაცილებით ფართოა და მისი ხილული ნაწილი მხოლოდ მცირე ნაწილს იკავებს. ადამიანი ინფრაწითელ ვიბრაციებს აღიქვამს სხვა გრძნობის ორგანოსთან – კანთან. სპექტრის ეს ნაწილი ადამიანებს სითბოს სახელით იცნობენ. ვინმეს შეუძლია ნახოს ცოტა ულტრაიისფერი (იფიქრეთ ფილმის "პლანეტა კა-პაქსის" მთავარ გმირზე).

მთავარი არხიინფორმაცია ადამიანისთვის არის თვალი. ამიტომ, ადამიანები კარგავენ უნარს შეაფასონ რა ხდება გარშემო, როდესაც მზის ჩასვლის შემდეგ ხილული სინათლე ქრება. ბნელი ტყე ხდება უკონტროლო, საშიში. და სადაც საშიშროებაა, იქაც არის შიში, რომ ვინმე უცნობი მოვა და „კასრს უკბინა“. საშინელი და ბოროტი არსებები ცხოვრობენ სიბნელეში, მაგრამ კეთილი და გაგებული არსებები ცხოვრობენ სინათლეში.

ელექტრომაგნიტური ტალღების მასშტაბი. ნაწილი პირველი: დაბალი ენერგიები

სინათლის ქიმიური მოქმედების განხილვისას, ფიზიკა ნიშნავს ნორმალურად ხილულ სპექტრს.

იმისათვის, რომ გაიგოთ რა არის სინათლე ზოგადად, ჯერ უნდა ისაუბროთ ელექტრომაგნიტური რხევების ყველა შესაძლო ვარიანტზე:

1. რადიოტალღები. მათი ტალღის სიგრძე იმდენად დიდია, რომ მათ შეუძლიათ დედამიწის გარშემო შემოვლა. ისინი აისახება პლანეტის იონური შრედან და აწვდიან ინფორმაციას ადამიანებს. მათი სიხშირე 300 გიგაჰერცი ან ნაკლებია, ხოლო ტალღის სიგრძე 1 მილიმეტრიდან ან მეტი (მომავალში - უსასრულობამდე).
2. ინფრაწითელი გამოსხივება. როგორც ზემოთ ვთქვით, ადამიანი ინფრაწითელ დიაპაზონს სითბოდ აღიქვამს. სპექტრის ამ ნაწილის ტალღის სიგრძე უფრო მაღალია ვიდრე ხილული - 1 მილიმეტრიდან 780 ნანომეტრამდე, ხოლო სიხშირე უფრო დაბალია - 300-დან 429 ტერაჰერცამდე.
3. ხილული სპექტრი. მთელი მასშტაბის ის ნაწილი, რომელსაც ადამიანის თვალი აღიქვამს. ტალღის სიგრძე 380-დან 780 ნანომეტრამდე, სიხშირე 429-დან 750 ტერაჰერცამდე.

ელექტრომაგნიტური ტალღების მასშტაბი. ნაწილი მეორე: მაღალი ენერგიები

ქვემოთ ჩამოთვლილ ტალღებს ორმაგი მნიშვნელობა აქვს: ისინი მომაკვდინებელიასიცოცხლისთვის საშიში, მაგრამ ამავე დროს, მათ გარეშე, ბიოლოგიური არსებობა არ შეიძლებოდა წარმოშობილიყო.

1. UV გამოსხივება. ამ ფოტონების ენერგია უფრო მაღალია, ვიდრე ხილული. მათ ამარაგებს ჩვენი ცენტრალური მნათობი, მზე. და გამოსხივების მახასიათებლები შემდეგია: ტალღის სიგრძე 10-დან 380 ნანომეტრამდე, სიხშირე 310¹⁴-დან 310^{16 ჰერცამდე.}
2. რენტგენი. ვისაც ძვლები აქვს გატეხილი, კარგად იცნობს მათ. მაგრამ ეს ტალღები გამოიყენება არა მხოლოდ მედიცინაში. და მათი ელექტრონები ასხივებენ დიდი სიჩქარით, რაც ანელებს ძლიერ ველში, ან მძიმე ატომებში, რომლებშიც ელექტრონი ამოღებულია შიდა გარსიდან. ტალღის სიგრძე 5 პიკომეტრიდან 10 ნანომეტრამდე, სიხშირე მერყეობს 310¹⁶-610^{19 ჰერცი.}
3. გამა გამოსხივება. ამ ტალღების ენერგია ხშირად ემთხვევა რენტგენის სხივებს. მათი სპექტრი მნიშვნელოვნად გადაფარავს, მხოლოდ წარმოშობის წყარო განსხვავდება. გამა სხივები წარმოიქმნება მხოლოდ ბირთვული რადიოაქტიური პროცესებით. მაგრამ, რენტგენისგან განსხვავებით, γ-გამოსხივებას შეუძლია უმაღლესი ენერგიები.

ჩვენ მივეცით ელექტრომაგნიტური ტალღების მასშტაბის ძირითადი მონაკვეთები. თითოეული დიაპაზონი დაყოფილია მცირე ნაწილებად. მაგალითად, ხშირად ისმის "მყარი რენტგენი" ან "ვაკუუმი ულტრაიისფერი". მაგრამ ეს დაყოფა თავისთავად პირობითია: საკმაოდ რთულია იმის დადგენა, სად არის ერთი სპექტრის საზღვრები და სად არის მეორე სპექტრის დასაწყისი.

შუქი და მეხსიერება

როგორც უკვე ვთქვით, ადამიანის ტვინი ინფორმაციის ძირითად ნაკადს მხედველობით იღებს. მაგრამ როგორ შეინახოთ მნიშვნელოვანი მომენტები? ფოტოგრაფიის გამოგონებამდე (ამაში ჩართულია სინათლის ქიმიური მოქმედებაუშუალოდ დაამუშავე), შეიძლება დღიურში ჩაეწერო საკუთარი შთაბეჭდილებები ან მხატვარს პორტრეტის ან სურათის დასახატავად დაურეკო. პირველი გზა ცოდავს სუბიექტურობას, მეორე - ყველას არ შეუძლია ამის საშუალება.

როგორც ყოველთვის, შანსი დაეხმარა ლიტერატურისა და მხატვრობის ალტერნატივის პოვნაში. ვერცხლის ნიტრატის (AgNO_{3) ჰაერში ჩაბნელების უნარი დიდი ხანია ცნობილია. ამ ფაქტის საფუძველზე აშენდა ფოტოსურათი. სინათლის ქიმიური ეფექტი არის ის, რომ ფოტონის ენერგია ხელს უწყობს სუფთა ვერცხლის გამოყოფას მისი მარილისგან. რეაქცია სულაც არ არის მხოლოდ ფიზიკური.}

1725 წელს გერმანელმა ფიზიკოსმა I. G. Schultz-მა შემთხვევით შეურია აზოტის მჟავა, რომელშიც ვერცხლი იყო გახსნილი, ცარცს. და შემდეგ შემთხვევით შევამჩნიე, რომ მზის შუქი ბნელებს ნარევს.

მოჰყვა არაერთი გამოგონება. ფოტოები იბეჭდებოდა სპილენძზე, ქაღალდზე, მინაზე და ბოლოს პლასტმასის ფილაზე.

ლებედევის ექსპერიმენტები

ზემოთ ვთქვით, რომ სურათების შენახვის პრაქტიკულმა საჭიროებამ გამოიწვია ექსპერიმენტები, მოგვიანებით კი თეორიული აღმოჩენები. ზოგჯერ პირიქით ხდება: უკვე გათვლილი ფაქტი ექსპერიმენტით უნდა დადასტურდეს. ის ფაქტი, რომ სინათლის ფოტონები არა მხოლოდ ტალღები, არამედ ნაწილაკებიც არიან, მეცნიერები დიდი ხანია გამოიცნობენ.

ლებედევმა ააგო მოწყობილობა ბრუნვის ბალანსებზე დაყრდნობით. როდესაც თეფშებზე სინათლე დაეცა, ისარი გადაიხარა "0" პოზიციიდან. ასე რომ, დადასტურდა, რომ ფოტონები გადასცემენ იმპულსს ზედაპირებზე, რაც ნიშნავს, რომ ისინი ახდენენ მათზე ზეწოლას. და სინათლის ქიმიურ მოქმედებას ბევრი აქვს საერთო.

როგორც აინშტაინმა უკვე აჩვენა, მასა და ენერგია ერთი და იგივეა. შესაბამისად, ფოტონი, „იხსნება“ნივთიერებაში, აძლევს მას არსს. სხეულს შეუძლია გამოიყენოს მიღებული ენერგია სხვადასხვა გზით, მათ შორის ქიმიური გარდაქმნებისთვის.

ნობელის პრემია და ელექტრონები

უკვე ნახსენები მეცნიერი ალბერტ აინშტაინი ცნობილია ფარდობითობის სპეციალური თეორიით, ფორმულით E=mc2 და რელატივისტური ეფექტების მტკიცებულებით. მაგრამ მან მიიღო მეცნიერების მთავარი პრიზი არა ამ, არამედ კიდევ ერთი ძალიან საინტერესო აღმოჩენისთვის. აინშტაინმა ექსპერიმენტების სერიაში დაამტკიცა, რომ სინათლეს შეუძლია განათებული სხეულის ზედაპირიდან ელექტრონი „გამოიყვანოს“. ამ ფენომენს გარე ფოტოელექტრული ეფექტი ეწოდება. ცოტა მოგვიანებით, იმავე აინშტაინმა აღმოაჩინა, რომ ასევე არსებობს შიდა ფოტოელექტრული ეფექტი: როდესაც სინათლის გავლენის ქვეშ მყოფი ელექტრონი არ ტოვებს სხეულს, მაგრამ გადანაწილდება, ის გადადის გამტარ ზოლში. და განათებული ნივთიერება ცვლის გამტარობის თვისებას!

ველები, რომლებშიც ეს ფენომენი გამოიყენება, ბევრია: კათოდური ნათურებიდან ნახევარგამტარულ ქსელში "ჩართვამდე". ჩვენი ცხოვრება თანამედროვე ფორმით შეუძლებელი იქნებოდა ფოტოელექტრული ეფექტის გამოყენების გარეშე. სინათლის ქიმიური ეფექტი მხოლოდ ადასტურებს, რომ მატერიაში ფოტონის ენერგია შეიძლება გარდაიქმნას სხვადასხვა ფორმებად.

ოზონის ხვრელები და თეთრი ლაქები

ცოტა მაღლა ვთქვით, რომ როდესაც ქიმიური რეაქციები ხდება ელექტრომაგნიტური გამოსხივების გავლენის ქვეშ, იგულისხმება ოპტიკური დიაპაზონი. მაგალითი, რომელიც ახლა გვინდა მოვიყვანოთ, ცოტათი სცილდება ამას.

ამ ცოტა ხნის წინ, მეცნიერებმა მთელს მსოფლიოში ატეხეს განგაში: ანტარქტიდაზეოზონის ხვრელი კიდია, ის მუდმივად ფართოვდება და ეს აუცილებლად ცუდად დასრულდება დედამიწისთვის. მაგრამ შემდეგ აღმოჩნდა, რომ ყველაფერი არც ისე საშინელია. ჯერ ერთი, მეექვსე კონტინენტზე ოზონის შრე უბრალოდ უფრო თხელია, ვიდრე სხვაგან. მეორეც, ამ ლაქის ზომის რყევები არ არის დამოკიდებული ადამიანის აქტივობაზე, ისინი განისაზღვრება მზის შუქის ინტენსივობით.

მაგრამ საიდან მოდის ოზონი? და ეს მხოლოდ მსუბუქ-ქიმიური რეაქციაა. ულტრაიისფერი, რომელსაც მზე ასხივებს, ატმოსფეროს ზედა ნაწილში ხვდება ჟანგბადს. ბევრია ულტრაიისფერი, ცოტა ჟანგბადი და იშვიათია. ზემოთ მხოლოდ ღია სივრცე და ვაკუუმი. და ულტრაიისფერი გამოსხივების ენერგიას შეუძლია დაშალოს სტაბილური O₂ მოლეკულები ორ ატომურ ჟანგბადად. შემდეგ კი შემდეგი UV კვანტი ხელს უწყობს O_{3 კავშირის შექმნას. ეს არის ოზონი.}

ოზონის გაზი მომაკვდინებელია ყველა ცოცხალი არსებისთვის. ის ძალიან ეფექტურია ბაქტერიებისა და ვირუსების მოსაკლავად, რომლებსაც იყენებენ ადამიანები. ატმოსფეროში გაზის მცირე კონცენტრაცია არ არის საზიანო, მაგრამ აკრძალულია სუფთა ოზონის ჩასუნთქვა.

და ეს აირი ძალიან ეფექტურად შთანთქავს ულტრაიისფერ კვანტებს. ამიტომ, ოზონის ფენა იმდენად მნიშვნელოვანია: ის იცავს პლანეტის ზედაპირის მცხოვრებლებს ზედმეტი რადიაციისგან, რომელსაც შეუძლია ყველა ბიოლოგიური ორგანიზმის სტერილიზაცია ან მოკვლა. ვიმედოვნებთ, რომ ახლა გასაგებია, რა არის სინათლის ქიმიური ეფექტი.