Heute erzählen wir Ihnen, was die chemische Wirkung von Licht ist, wie dieses Phänomen heute angewendet wird und was die Geschichte seiner Entdeckung ist.
Licht und Dunkelheit
Die gesamte Literatur (von der Bibel bis zur modernen Belletristik) nutzt diese beiden Gegensätze aus. Außerdem symbolisiert Licht immer einen guten Anfang und Dunkelheit - schlecht und böse. Wenn Sie nicht in die Metaphysik einsteigen und das Wesen des Phänomens verstehen, dann ist die Grundlage der ewigen Konfrontation die Angst vor der Dunkelheit oder vielmehr die Abwesenheit von Licht.
Das menschliche Auge und das elektromagnetische Spektrum
Das menschliche Auge ist so konstruiert, dass der Mensch elektromagnetische Schwingungen einer bestimmten Wellenlänge wahrnimmt. Die längste Wellenlänge gehört zu rotem Licht (λ=380 Nanometer), die kürzeste zu violettem (λ=780 Nanometer). Das gesamte Spektrum elektromagnetischer Schwingungen ist viel breiter und sein sichtbarer Teil nimmt nur einen winzigen Teil ein. Eine Person nimmt Infrarotschwingungen mit einem anderen Sinnesorgan - der Haut - wahr. Dieser Teil des Spektrums ist als Wärme bekannt. Jemand kann ein wenig Ultraviolett sehen (denken Sie an die Hauptfigur im Film „Planet Ka-Pax“).
HauptkanalInformationen für eine Person ist das Auge. Daher verlieren die Menschen die Fähigkeit einzuschätzen, was um sie herum passiert, wenn das sichtbare Licht nach Sonnenuntergang verschwindet. Der dunkle Wald wird unkontrollierbar, gefährlich. Und wo Gefahr ist, da ist auch die Angst, dass jemand Unbekanntes kommt und „in das Fass beißt“. Gruselige und böse Kreaturen leben im Dunkeln, aber freundliche und verständnisvolle Kreaturen leben im Licht.
Skala elektromagnetischer Wellen. Erster Teil: Niedrige Energien
Wenn man die chemische Wirkung von Licht betrachtet, meint Physik das normalerweise sichtbare Spektrum.
Um zu verstehen, was Licht überhaupt ist, sollte man sich zunächst über alle möglichen Möglichkeiten elektromagnetischer Schwingungen unterh alten:
- Radiowellen. Ihre Wellenlänge ist so lang, dass sie die Erde umrunden können. Sie werden von der Ionenschicht des Planeten reflektiert und tragen Informationen zu den Menschen. Ihre Frequenz beträgt 300 Gigahertz oder weniger, und die Wellenlänge reicht von 1 Millimeter oder mehr (in Zukunft - bis unendlich).
- Infrarotstrahlung. Wie wir oben gesagt haben, nimmt eine Person den Infrarotbereich als Wärme wahr. Die Wellenlänge dieses Teils des Spektrums ist höher als die des sichtbaren - von 1 Millimeter bis 780 Nanometer, und die Frequenz ist niedriger - von 300 bis 429 Terahertz.
- Sichtbares Spektrum. Der Teil der Gesamtskala, den das menschliche Auge wahrnimmt. Wellenlänge von 380 bis 780 Nanometer, Frequenz von 429 bis 750 Terahertz.
Skala elektromagnetischer Wellen. Zweiter Teil: Hohe Energien
Die unten aufgeführten Wellen haben eine doppelte Bedeutung: Sie sind tödlichlebensgefährlich, aber gleichzeitig hätte ohne sie keine biologische Existenz entstehen können.
- UV-Strahlung. Die Energie dieser Photonen ist höher als die der sichtbaren. Sie werden von unserem zentralen Leuchtkörper, der Sonne, versorgt. Und die Eigenschaften der Strahlung sind wie folgt: Wellenlänge von 10 bis 380 Nanometer, Frequenz von 31014 bis 31016 Hertz.
- Röntgenstrahlen. Jeder, der Knochenbrüche hat, kennt sie. Aber nicht nur in der Medizin werden diese Wellen eingesetzt. Und ihre Elektronen strahlen mit hoher Geschwindigkeit, die in einem starken Feld verlangsamt werden, oder schwere Atome, bei denen ein Elektron aus der inneren Hülle herausgerissen wurde. Wellenlänge von 5 Pikometer bis 10 Nanometer, Frequenzbereiche zwischen 31016-61019 Hertz.
- Gammastrahlung. Die Energie dieser Wellen stimmt oft mit der von Röntgenstrahlen überein. Ihr Spektrum überschneidet sich erheblich, nur die Herkunftsquelle unterscheidet sich. Gammastrahlen werden nur durch nukleare radioaktive Prozesse erzeugt. Aber im Gegensatz zu Röntgenstrahlen ist γ-Strahlung zu höheren Energien fähig.
Wir haben die Hauptabschnitte der Skala elektromagnetischer Wellen angegeben. Jeder der Bereiche ist in kleinere Abschnitte unterteilt. Beispielsweise sind oft „harte Röntgenstrahlen“oder „Vakuum-Ultraviolett“zu hören. Aber diese Teilung selbst ist bedingt: Es ist ziemlich schwierig zu bestimmen, wo die Grenzen des einen und der Anfang eines anderen Spektrums sind.
Licht und Erinnerung
Wie wir bereits gesagt haben, empfängt das menschliche Gehirn den Hauptinformationsfluss durch das Sehen. Aber wie speichert man wichtige Momente? Vor der Erfindung der Fotografie (daran ist die chemische Wirkung des Lichts beteiligtdirekt verarbeiten), könnte man seine Eindrücke in einem Tagebuch festh alten oder einen Künstler anrufen, um ein Porträt oder ein Bild zu malen. Der erste Weg sündigt die Subjektivität, der zweite - nicht jeder kann es sich leisten.
Wie immer half der Zufall, eine Alternative zu Literatur und Malerei zu finden. Die Fähigkeit von Silbernitrat (AgNO3), sich an der Luft zu verdunkeln, ist seit langem bekannt. Basierend auf dieser Tatsache wurde ein Foto erstellt. Der chemische Effekt von Licht besteht darin, dass die Photonenenergie zur Trennung von reinem Silber von seinem Salz beiträgt. Die Reaktion ist keineswegs rein körperlich.
1725 mischte der deutsche Physiker I. G. Schultz versehentlich Salpetersäure, in der Silber gelöst war, mit Kreide. Und dann ist mir auch zufällig aufgefallen, dass das Sonnenlicht die Mischung verdunkelt.
Eine Reihe von Erfindungen folgten. Fotos wurden auf Kupfer, Papier, Glas und schließlich auf Plastikfolie gedruckt.
Experimente von Lebedev
Wir haben oben gesagt, dass die praktische Notwendigkeit, Bilder zu speichern, zu Experimenten und später zu theoretischen Entdeckungen führte. Manchmal passiert es auch umgekehrt: Eine bereits errechnete Tatsache muss experimentell bestätigt werden. Dass Photonen des Lichts nicht nur Wellen, sondern auch Teilchen sind, ahnten Wissenschaftler schon lange.
Lebedev hat ein Gerät gebaut, das auf Torsionswaagen basiert. Wenn Licht auf die Platten fiel, wich der Pfeil von der "0"-Position ab. So wurde nachgewiesen, dass Photonen Impuls auf Oberflächen übertragen, also Druck auf diese ausüben. Und die chemische Wirkung von Licht hat viel damit zu tun.
Wie bereits Einstein gezeigt hat, sind Masse und Energie ein und dasselbe. Folglich gibt das Photon, das sich in der Substanz "auflöst", ihr ihre Essenz. Der Körper kann die empfangene Energie auf verschiedene Weise nutzen, unter anderem für chemische Umwandlungen.
Nobelpreis und Elektronen
Der bereits erwähnte Wissenschaftler Albert Einstein ist bekannt für seine spezielle Relativitätstheorie, Formel E=mc2 und den Nachweis relativistischer Effekte. Aber er erhielt den Hauptpreis der Wissenschaft nicht dafür, sondern für eine andere sehr interessante Entdeckung. Einstein bewies in einer Reihe von Experimenten, dass Licht ein Elektron aus der Oberfläche eines beleuchteten Körpers „herausziehen“kann. Dieses Phänomen wird als externer photoelektrischer Effekt bezeichnet. Wenig später entdeckte derselbe Einstein, dass es auch einen inneren photoelektrischen Effekt gibt: Wenn ein Elektron unter Lichteinfluss den Körper nicht verlässt, sondern umverteilt wird, gelangt es in das Leitungsband. Und die beleuchtete Substanz verändert die Eigenschaft der Leitfähigkeit!
Anwendungsgebiete dieses Phänomens sind vielfältig: von der Kathodenlampe bis zur „Inklusion“im Halbleiternetzwerk. Unser Leben in seiner modernen Form wäre ohne die Nutzung des photoelektrischen Effekts nicht möglich. Die chemische Wirkung von Licht bestätigt nur, dass die Energie eines Photons in Materie in verschiedene Formen umgewandelt werden kann.
Ozonlöcher und weiße Flecken
Etwas höher sagten wir, dass bei chemischen Reaktionen unter dem Einfluss elektromagnetischer Strahlung der optische Bereich impliziert ist. Das Beispiel, das wir jetzt geben wollen, geht ein wenig darüber hinaus.
Vor kurzem haben Wissenschaftler auf der ganzen Welt Alarm geschlagen: über der Antarktisdas Ozonloch hängt, es dehnt sich ständig aus, und das wird definitiv schlecht für die Erde enden. Aber dann stellte sich heraus, dass alles nicht so beängstigend ist. Erstens ist die Ozonschicht über dem sechsten Kontinent einfach dünner als anderswo. Zweitens hängen Schwankungen in der Größe dieses Flecks nicht von menschlicher Aktivität ab, sie werden von der Intensität des Sonnenlichts bestimmt.
Aber wo kommt Ozon überhaupt her? Und das ist nur eine lichtchemische Reaktion. Das ultraviolette Licht der Sonne trifft in der oberen Atmosphäre auf Sauerstoff. Es gibt viel Ultraviolett, wenig Sauerstoff und es ist verdünnt. Oben nur offener Raum und Vakuum. Und die Energie der ultravioletten Strahlung ist in der Lage, die stabilen O2-Moleküle in zwei atomare Sauerstoffatome aufzusp alten. Und dann trägt das nächste UV-Quant zur Entstehung der O3-Verbindung bei. Das ist Ozon.
Ozongas ist tödlich für alle Lebewesen. Es ist sehr effektiv bei der Abtötung von Bakterien und Viren, die von Menschen verwendet werden. Eine geringe Gaskonzentration in der Atmosphäre ist nicht schädlich, aber es ist verboten, reines Ozon einzuatmen.
Und dieses Gas absorbiert sehr effektiv ultraviolette Quanten. Deshalb ist die Ozonschicht so wichtig: Sie schützt die Bewohner der Planetenoberfläche vor einem Übermaß an Strahlung, die alle biologischen Organismen sterilisieren oder töten kann. Wir hoffen, dass nun klar ist, was die chemische Wirkung von Licht ist.
