Жарықтың химиялық әсері қандай?

2024 Автор: Angel Austin | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2024-01-02 17:50

Бүгін біз сізге жарықтың химиялық әсері қандай екенін, бұл құбылыстың қазір қалай қолданылатынын және оның ашылу тарихы қандай екенін айтамыз.

Жарық пен қараңғы

Барлық әдебиеттер (Киелі кітаптан қазіргі көркем әдебиетке дейін) осы екі қарама-қарсылықты пайдаланады. Сонымен қатар, жарық әрқашан жақсы бастаманы, ал қараңғылық - жамандық пен зұлымдықты білдіреді. Егер сіз метафизикаға еніп, құбылыстың мәнін түсінбесеңіз, онда мәңгілік текетірестің негізі - қараңғылықтан қорқу, дәлірек айтқанда, жарықтың жоқтығы.

Адам көзі және электромагниттік спектр

Адам көзі белгілі бір толқын ұзындығының электромагниттік тербелістерін қабылдайтындай етіп жасалған. Ең ұзын толқын ұзындығы қызыл жарыққа (λ=380 нанометр), ең қысқасы – күлгінге (λ=780 нанометр) жатады. Электромагниттік тербелістердің толық спектрі әлдеқайда кең және оның көрінетін бөлігі аз ғана бөлігін алады. Адам инфрақызыл тербелістерді басқа сезім мүшесі – тері арқылы қабылдайды. Спектрдің бұл бөлігін адамдар жылу деп біледі. Біреу кішкене ультракүлгін сәулені көре алады («Планета Ка-Пакс» фильміндегі басты кейіпкерді елестетіңіз).

Негізгі арнаадам үшін ақпарат – көз. Сондықтан, күн батқаннан кейін көрінетін жарық жоғалған кезде адамдар айналада не болып жатқанын бағалау қабілетін жоғалтады. Қараңғы орман бақыланбайтын, қауіпті болады. Ал қауіп төнген жерде бейтаныс біреу келіп «бөшкені тістеп алады» деген қауіп те бар. Қорқынышты және зұлым жаратылыстар қараңғыда өмір сүреді, ал мейірімді және түсінетін жаратылыстар жарықта өмір сүреді.

Электромагниттік толқындар шкаласы. Бірінші бөлім: Төмен энергиялар

Жарықтың химиялық әрекетін қарастырғанда физика әдетте көрінетін спектрді білдіреді.

Жалпы жарық деген не екенін түсіну үшін алдымен электромагниттік тербелістердің барлық ықтимал нұсқалары туралы айту керек:

1. Радиотолқындар. Олардың толқын ұзындығы сонша, олар Жерді айналып өте алады. Олар планетаның иондық қабатынан шағылысып, адамдарға ақпаратты жеткізеді. Олардың жиілігі 300 гигагерц немесе одан аз, ал толқын ұзындығы 1 миллиметрден немесе одан да көп (болашақта - шексіздікке дейін).
2. Инфрақызыл сәуле. Жоғарыда айтқанымыздай, адам инфрақызыл диапазонды жылу ретінде қабылдайды. Спектрдің бұл бөлігінің толқын ұзындығы көрінетіннен жоғары – 1 миллиметрден 780 нанометрге дейін, ал жиілігі төмен – 300-ден 429 терагерцке дейін.
3. Көрінетін спектр. Бүкіл шкаланың адам көзі қабылдайтын бөлігі. Толқын ұзындығы 380-ден 780 нанометрге дейін, жиілігі 429-дан 750 терагерцке дейін.

Электромагниттік толқындар шкаласы. Екінші бөлім: Жоғары энергия

Төменде аталған толқындардың қос мағынасы бар: олар өлімге әкеледіөмірге қауіпті, бірақ сонымен бірге оларсыз биологиялық тіршіліктің пайда болуы мүмкін емес еді.

1. УК сәулесі. Бұл фотондардың энергиясы көрінетіндерге қарағанда жоғары. Оларды біздің орталық жарықтандырғышымыз Күн қамтамасыз етеді. Ал сәулеленудің сипаттамалары келесідей: толқын ұзындығы 10-нан 380 нанометрге дейін, жиілігі 310¹⁴-ден 310^{16 Герцке дейін.}
2. Рентген сәулелері. Сүйектері сынған кез келген адам олармен таныс. Бірақ бұл толқындар тек медицинада қолданылмайды. Ал олардың электрондары жоғары жылдамдықпен сәулеленеді, бұл күшті өрісте баяулайды немесе ішкі қабығынан электрон жұлып алынған ауыр атомдар. Толқын ұзындығы 5 пикометрден 10 нанометрге дейін, жиілік диапазоны 310¹⁶-610^{19 Герц.}
3. Гамма-сәулелену. Бұл толқындардың энергиясы көбінесе рентген сәулелерінің энергиясымен сәйкес келеді. Олардың спектрі айтарлықтай сәйкес келеді, тек шығу көзі ғана ерекшеленеді. Гамма-сәулелер тек ядролық радиоактивті процестердің нәтижесінде пайда болады. Бірақ, рентген сәулелерінен айырмашылығы, γ-сәулелену жоғары энергияға қабілетті.

Біз электромагниттік толқындар масштабының негізгі бөлімдерін бердік. Әр диапазон шағын бөліктерге бөлінген. Мысалы, «қатты рентген сәулелері» немесе «вакуумдық ультракүлгін» жиі естіледі. Бірақ бұл бөлудің өзі шартты: бір спектрдің шекарасы мен екінші спектрдің басы қайда екенін анықтау өте қиын.

Жарық және жад

Жоғарыда айтқанымыздай, адам миы ақпараттың негізгі ағынын көру арқылы алады. Бірақ маңызды сәттерді қалай сақтауға болады? Фотосуретті ойлап тапқанға дейін (бұл жарықтың химиялық әрекетін қамтидытікелей процесс) алған әсерлерін күнделікке жазуға немесе портрет немесе сурет салу үшін суретшіні шақыруға болады. Бірінші жол субъективтілікті күнәға айналдырады, екіншісі - мұны әркімнің қолынан келе бермейді.

Әдеттегідей кездейсоқтық әдебиет пен кескіндемеге балама табуға көмектесті. Күміс нитратының (AgNO_{3) ауада қараңғылану қабілеті бұрыннан белгілі. Осы фактіге сүйене отырып, фотосурет салынды. Жарықтың химиялық әсері фотон энергиясы таза күмістің оның тұзынан бөлінуіне ықпал етеді. Реакция тек физикалық емес.}

1725 жылы неміс физигі И. Г. Шульц күміс еріген азот қышқылын кездейсоқ бормен араластырды. Содан кейін мен де кездейсоқ байқадым, күн сәулесі қоспаны күңгірттендіреді.

Бірқатар өнертабыстар пайда болды. Фотосуреттер мыс, қағаз, шыны және ең соңында пластик пленкаға басып шығарылды.

Лебедев тәжірибелері

Суреттерді сақтаудың практикалық қажеттілігі эксперименттерге, кейінірек теориялық жаңалықтарға әкелгенін жоғарыда айттық. Кейде бұл керісінше болады: қазірдің өзінде есептелген фактіні эксперимент арқылы растау керек. Жарық фотондары толқындар ғана емес, сонымен қатар бөлшектер екенін ғалымдар бұрыннан болжаған.

Лебедев бұралу таразыларына негізделген құрылғы жасады. Пластиналарға жарық түскенде, көрсеткі «0» күйінен ауытқып кетті. Сонымен фотондардың беттерге импульс беретіні, яғни оларға қысым жасайтыны дәлелденді. Жарықтың химиялық әрекеті бұған көп әсер етеді.

Эйнштейн көрсеткендей, масса мен энергия бір және бірдей. Демек, фотон затта «ерітіліп» оған өзінің мәнін береді. Дене алынған энергияны әртүрлі жолдармен, соның ішінде химиялық өзгерістер үшін пайдалана алады.

Нобель сыйлығы және электрондар

Аталған ғалым Альберт Эйнштейн өзінің арнайы салыстырмалылық теориясымен, E=mc2 формуласымен және релятивистік әсерлерді дәлелдеуімен танымал. Бірақ ол ғылымның бас жүлдесін бұл үшін емес, тағы бір өте қызықты жаңалығы үшін алды. Эйнштейн бірқатар эксперименттерде жарықтың жарықтандырылған дененің бетінен электронды «суырып алуы» мүмкін екенін дәлелдеді. Бұл құбылыс сыртқы фотоэффект деп аталады. Сәл кейінірек сол Эйнштейн ішкі фотоэффекттің де болатынын анықтады: жарық әсерінен электрон денеден шықпай, қайта бөлінсе, ол өткізгіштік зонасына өтеді. Ал жарықтандырылған зат өткізгіштік қасиетін өзгертеді!

Бұл құбылыс қолданылатын өрістер көп: катодты лампалардан бастап жартылай өткізгіш желідегі «қосуға» дейін. Фотоэффектісіз біздің өміріміз қазіргі заманғы түрде мүмкін емес еді. Жарықтың химиялық әсері материядағы фотон энергиясының әртүрлі формаларға айналатынын растайды.

Озон саңылаулары және ақ дақтар

Біраз жоғарырақ біз химиялық реакциялар электромагниттік сәулеленудің әсерінен болған кезде оптикалық диапазонды білдіреді деп айттық. Біз келтіргіміз келетін мысал бұдан сәл асып түседі.

Жақында бүкіл әлем ғалымдары дабыл қаққан: Антарктиданың үстіндеозон тесігі салбырап тұр, ол үнемі кеңейіп отырады және бұл Жер үшін жаман аяқталатыны сөзсіз. Бірақ кейін бәрі соншалықты қорқынышты емес екені белгілі болды. Біріншіден, алтыншы континенттегі озон қабаты басқа жерлерге қарағанда жұқа. Екіншіден, бұл дақ мөлшерінің ауытқуы адам әрекетіне байланысты емес, олар күн сәулесінің қарқындылығымен анықталады.

Бірақ озон қайдан келеді? Және бұл жай ғана жеңіл-химиялық реакция. Күн шығаратын ультракүлгін атмосфераның жоғарғы қабатында оттегімен кездеседі. Ультракүлгін көп, оттегі аз, ол сирек кездеседі. Тек ашық кеңістік пен вакуумнан жоғары. Ал ультракүлгін сәулелену энергиясы тұрақты O₂ молекулаларын екі атомдық оттегіге ыдыратуға қабілетті. Содан кейін келесі УК кванты O_{3 қосылымын жасауға ықпал етеді. Бұл озон.}

Озон газы барлық тіршілік иелері үшін өлімге әкеледі. Ол адамдар қолданатын бактериялар мен вирустарды жоюда өте тиімді. Атмосферадағы газдың аздаған концентрациясы зиянды емес, бірақ таза озонды жұтуға тыйым салынады.

Ал бұл газ ультракүлгін кванттарды өте тиімді сіңіреді. Сондықтан озон қабаты өте маңызды: ол планета бетінің тұрғындарын барлық биологиялық организмдерді зарарсыздандыруға немесе өлтіруге болатын шамадан тыс радиациядан қорғайды. Жарықтың химиялық әсері қандай екені енді анық болды деп үміттенеміз.