Šodien mēs jums pastāstīsim, kāda ir gaismas ķīmiskā iedarbība, kā šī parādība tiek pielietota šobrīd un kāda ir tās atklāšanas vēsture.
Gaisma un tumsa
Visā literatūrā (no Bībeles līdz mūsdienu daiļliteratūrai) tiek izmantoti šie divi pretstati. Turklāt gaisma vienmēr simbolizē labu sākumu, bet tumsa - slikto un ļauno. Ja neiedziļināties metafizikā un neizprotat fenomena būtību, tad mūžīgās konfrontācijas pamatā ir bailes no tumsas, pareizāk sakot, gaismas neesamības.
Cilvēka acs un elektromagnētiskais spektrs
Cilvēka acs ir veidota tā, lai cilvēki uztvertu noteikta viļņa garuma elektromagnētiskās vibrācijas. Garākais viļņa garums pieder sarkanajai gaismai (λ=380 nanometri), īsākais - violetajai (λ=780 nanometri). Pilns elektromagnētisko svārstību spektrs ir daudz plašāks, un tā redzamā daļa aizņem tikai niecīgu daļu. Infrasarkanās vibrācijas cilvēks uztver ar citu maņu orgānu – ādu. Šo spektra daļu cilvēki pazīst kā siltumu. Kāds spēj redzēt nedaudz ultravioleto staru (padomājiet par galveno varoni filmā "Planet Ka-Pax").
Galvenais kanālsinformācija cilvēkam ir acs. Tāpēc cilvēki zaudē spēju novērtēt apkārt notiekošo, kad pēc saulrieta pazūd redzamā gaisma. Tumšais mežs kļūst nevaldāms, bīstams. Un kur ir briesmas, tur arī bailes, ka atnāks kāds nezināms un "nokosīs mucu". Baisas un ļaunas radības dzīvo tumsā, bet laipnas un saprotošas radības dzīvo gaismā.
Elektromagnētisko viļņu skala. Pirmā daļa: zems enerģijas patēriņš
Aplūkojot gaismas ķīmisko iedarbību, fizika nozīmē parasti redzamo spektru.
Lai saprastu, kas vispār ir gaisma, vispirms vajadzētu runāt par visiem iespējamajiem elektromagnētisko svārstību variantiem:
- Radio viļņi. Viņu viļņa garums ir tik garš, ka viņi var apbraukt apkārt Zemei. Tie atspoguļojas no planētas jonu slāņa un nodod informāciju cilvēkiem. To frekvence ir 300 gigaherci vai mazāk, un viļņa garums ir no 1 milimetra vai vairāk (nākotnē - līdz bezgalībai).
- Infrasarkanais starojums. Kā jau teicām iepriekš, cilvēks infrasarkano staru diapazonu uztver kā siltumu. Šīs spektra daļas viļņa garums ir lielāks nekā redzamajam - no 1 milimetra līdz 780 nanometriem, un frekvence ir zemāka - no 300 līdz 429 teraherciem.
- Redzams spektrs. Tā visas skalas daļa, ko cilvēka acs uztver. Viļņa garums no 380 līdz 780 nanometriem, frekvence no 429 līdz 750 teraherciem.
Elektromagnētisko viļņu skala. Otrā daļa: liela enerģija
Tālāk uzskaitītajiem viļņiem ir divējāda nozīme: tie ir nāvējošibīstami dzīvībai, bet tajā pašā laikā bez tiem bioloģiskā eksistence nevarētu rasties.
- UV starojums. Šo fotonu enerģija ir augstāka nekā redzamo fotonu enerģija. Tos piegādā mūsu centrālais gaismeklis Saule. Un starojuma raksturlielumi ir šādi: viļņa garums no 10 līdz 380 nanometriem, frekvence no 31014 līdz 31016 Hertz.
- Rentgenstari. Ikviens, kuram ir lauzti kauli, ar tiem ir pazīstams. Bet šos viļņus izmanto ne tikai medicīnā. Un to elektroni izstaro lielā ātrumā, kas palēninās spēcīgā laukā jeb smagie atomi, kuros elektrons ir izrauts no iekšējās čaulas. Viļņa garums no 5 pikometriem līdz 10 nanometriem, frekvenču diapazons no 31016-61019 Hertz.
- Gamma starojums. Šo viļņu enerģija bieži sakrīt ar rentgenstaru enerģiju. To spektrs ievērojami pārklājas, atšķiras tikai izcelsmes avots. Gamma starus rada tikai kodolradioaktīvie procesi. Taču atšķirībā no rentgena stariem γ-starojumam ir lielāka enerģija.
Esam devuši elektromagnētisko viļņu skalas galvenās sadaļas. Katrs diapazons ir sadalīts mazākās sadaļās. Piemēram, bieži var dzirdēt "cietos rentgena starus" vai "vakuuma ultravioleto starojumu". Bet pats dalījums ir nosacīts: ir diezgan grūti noteikt, kur atrodas viena spektra robežas un cita spektra sākums.
Gaisma un atmiņa
Kā jau teicām, cilvēka smadzenes saņem galveno informācijas plūsmu caur redzi. Bet kā saglabāt svarīgus mirkļus? Pirms fotogrāfijas izgudrošanas (šajā ir iesaistīta gaismas ķīmiskā darbībaprocesu tieši), savus iespaidus var ierakstīt dienasgrāmatā vai piezvanīt māksliniekam, lai viņš uzglezno portretu vai attēlu. Pirmais veids grēko subjektivitāte, otrs - ne visi to var atļauties.
Kā vienmēr, nejaušība palīdzēja atrast alternatīvu literatūrai un glezniecībai. Sudraba nitrāta (AgNO3) spēja kļūt tumšāka gaisā ir zināma jau sen. Pamatojoties uz šo faktu, tika izveidota fotogrāfija. Gaismas ķīmiskais efekts ir tāds, ka fotonu enerģija veicina tīra sudraba atdalīšanu no tā sāls. Reakcija nekādā gadījumā nav tikai fiziska.
1725. gadā vācu fiziķis I. G. Šulcs nejauši sajauca slāpekļskābi, kurā bija izšķīdināts sudrabs, ar krītu. Un tad es arī nejauši pamanīju, ka saules gaisma padara maisījumu tumšāku.
Sekoja vairāki izgudrojumi. Fotogrāfijas tika drukātas uz vara, papīra, stikla un visbeidzot uz plastmasas plēves.
Ļebedeva eksperimenti
Mēs teicām iepriekš, ka praktiskā nepieciešamība saglabāt attēlus izraisīja eksperimentus un vēlāk teorētiskus atklājumus. Dažreiz tas notiek otrādi: jau aprēķināts fakts ir jāapstiprina ar eksperimentu. Zinātnieki jau sen ir uzminējuši faktu, ka gaismas fotoni ir ne tikai viļņi, bet arī daļiņas.
Ļebedevs uzbūvēja ierīci, kuras pamatā ir vērpes balansi. Kad gaisma nokrita uz plāksnēm, bultiņa novirzījās no "0" stāvokļa. Tātad tika pierādīts, ka fotoni pārraida impulsu uz virsmām, kas nozīmē, ka tie izdara uz tām spiedienu. Un gaismas ķīmiskajai darbībai ir daudz sakara ar to.
Kā jau Einšteins parādīja, masa un enerģija ir viens un tas pats. Līdz ar to fotons, "izšķīst" vielā, piešķir tai savu būtību. Saņemto enerģiju organisms var izmantot dažādos veidos, arī ķīmiskajām pārvērtībām.
Nobela prēmija un elektroni
Jau pieminētais zinātnieks Alberts Einšteins ir pazīstams ar savu īpašo relativitātes teoriju, formulu E=mc2 un relativistisku efektu pierādījumiem. Bet viņš saņēma galveno zinātnes balvu nevis par šo, bet gan par citu ļoti interesantu atklājumu. Einšteins eksperimentu sērijā pierādīja, ka gaisma var "izvilkt" elektronu no apgaismota ķermeņa virsmas. Šo parādību sauc par ārējo fotoelektrisko efektu. Nedaudz vēlāk tas pats Einšteins atklāja, ka pastāv arī iekšējs fotoelektrisks efekts: kad elektrons gaismas ietekmē neiziet no ķermeņa, bet tiek pārdalīts, tas pāriet vadīšanas joslā. Un izgaismotā viela maina vadītspējas īpašību!
Šīs parādības izmantošanas jomas ir daudz: no katoda lampām līdz "iekļaušanai" pusvadītāju tīklā. Mūsu dzīve tās mūsdienu formā nebūtu iespējama bez fotoelektriskā efekta izmantošanas. Gaismas ķīmiskais efekts tikai apstiprina, ka vielā esošā fotona enerģiju var pārvērst dažādās formās.
Ozona caurumi un b alti plankumi
Nedaudz augstāk mēs teicām, ka tad, kad ķīmiskās reakcijas notiek elektromagnētiskā starojuma ietekmē, tiek norādīts optiskais diapazons. Piemērs, ko mēs tagad vēlamies sniegt, ir nedaudz plašāks par to.
Nesen zinātnieki visā pasaulē izsauca trauksmi: virs Antarktīdasozona caurums karājas, tas visu laiku paplašinās, un tas noteikti beigsies slikti Zemei. Bet tad izrādījās, ka viss nav tik biedējoši. Pirmkārt, ozona slānis virs sestā kontinenta ir vienkārši plānāks nekā citur. Otrkārt, šī plankuma lieluma svārstības nav atkarīgas no cilvēka darbības, tās nosaka saules gaismas intensitāte.
Bet no kurienes vispār rodas ozons? Un tā ir tikai viegla ķīmiska reakcija. Ultravioletais starojums, ko izstaro saule, atmosfēras augšējos slāņos satiekas ar skābekli. Ir daudz ultravioletā starojuma, maz skābekļa, un tas ir reti sastopams. Virs tikai atklāta telpa un vakuums. Un ultravioletā starojuma enerģija spēj sadalīt stabilās O2 molekulas divos atomu skābekļos. Un tad nākamais UV kvants veicina O3 savienojuma izveidi. Tas ir ozons.
Ozona gāze ir nāvējoša visām dzīvajām būtnēm. Tas ir ļoti efektīvs cilvēku izmantoto baktēriju un vīrusu nogalināšanā. Neliela gāzes koncentrācija atmosfērā nav kaitīga, taču ir aizliegts ieelpot tīru ozonu.
Un šī gāze ļoti efektīvi absorbē ultravioletos kvantus. Tāpēc ozona slānis ir tik svarīgs: tas aizsargā planētas virsmas iedzīvotājus no pārmērīga starojuma, kas var sterilizēt vai nogalināt visus bioloģiskos organismus. Mēs ceram, ka tagad ir skaidrs, kāda ir gaismas ķīmiskā iedarbība.
