Hoje vamos contar qual é o efeito químico da luz, como esse fenômeno é aplicado agora e qual é a história de sua descoberta.
Luz e escuridão
Toda a literatura (da Bíblia à ficção moderna) explora esses dois opostos. Além disso, a luz sempre simboliza um bom começo, e as trevas - o mal e o mal. Se você não entrar na metafísica e entender a essência do fenômeno, então a base do eterno confronto é o medo da escuridão, ou melhor, a ausência de luz.
O olho humano e o espectro eletromagnético
O olho humano é projetado para que as pessoas percebam vibrações eletromagnéticas de um determinado comprimento de onda. O comprimento de onda mais longo pertence à luz vermelha (λ=380 nanômetros), o mais curto - violeta (λ=780 nanômetros). O espectro completo das oscilações eletromagnéticas é muito mais amplo e sua parte visível ocupa apenas uma pequena parte. Uma pessoa percebe vibrações infravermelhas com outro órgão sensorial - a pele. Esta parte do espectro as pessoas conhecem como calor. Alguém é capaz de ver um pouco de ultravioleta (pense no personagem principal do filme "Planeta Ka-Pax").
Canal principalinformação para uma pessoa é o olho. Portanto, as pessoas perdem a capacidade de avaliar o que está acontecendo quando a luz visível desaparece após o pôr do sol. A floresta escura torna-se incontrolável, perigosa. E onde há perigo, há também o medo de que alguém desconhecido venha e "morda o barril". Criaturas assustadoras e malignas vivem no escuro, mas criaturas bondosas e compreensivas vivem na luz.
Escala de ondas eletromagnéticas. Parte Um: Baixas Energias
Ao considerar a ação química da luz, física significa o espectro normalmente visível.
Para entender o que é a luz em geral, você deve primeiro falar sobre todas as opções possíveis para oscilações eletromagnéticas:
- Ondas de rádio. Seu comprimento de onda é tão longo que eles podem dar a volta na Terra. Eles são refletidos da camada iônica do planeta e carregam informações para as pessoas. Sua frequência é de 300 gigahertz ou menos, e o comprimento de onda é de 1 milímetro ou mais (no futuro - até o infinito).
- Radiação infravermelha. Como dissemos acima, uma pessoa percebe o alcance do infravermelho como calor. O comprimento de onda desta parte do espectro é maior que o visível - de 1 milímetro a 780 nanômetros, e a frequência é menor - de 300 a 429 terahertz.
- Espectro visível. Aquela parte de toda a escala que o olho humano percebe. Comprimento de onda de 380 a 780 nanômetros, frequência de 429 a 750 terahertz.
Escala de ondas eletromagnéticas. Parte Dois: Altas Energias
As ondas listadas abaixo têm um duplo significado: são mortaisperigoso para a vida, mas ao mesmo tempo, sem eles, a existência biológica não poderia ter surgido.
- radiação UV. A energia desses fótons é maior do que a dos visíveis. Eles são fornecidos por nossa luminária central, o Sol. E as características da radiação são as seguintes: comprimento de onda de 10 a 380 nanômetros, frequência de 31014 a 31016 Hertz.
- Raios-X. Qualquer um que tenha ossos quebrados está familiarizado com eles. Mas essas ondas não são usadas apenas na medicina. E seus elétrons irradiam em alta velocidade, o que diminui em um campo forte, ou átomos pesados, nos quais um elétron foi arrancado da camada interna. Comprimento de onda de 5 picômetros a 10 nanômetros, faixa de frequência entre 31016-61019 Hertz.
- Radiação gama. A energia dessas ondas geralmente coincide com a dos raios X. Seu espectro se sobrepõe significativamente, apenas a fonte de origem difere. Os raios gama são produzidos apenas por processos radioativos nucleares. Mas, ao contrário dos raios X, a radiação γ é capaz de energias mais altas.
Demos as principais seções da escala de ondas eletromagnéticas. Cada um dos intervalos é dividido em seções menores. Por exemplo, "raios-x duros" ou "ultravioleta a vácuo" podem ser ouvidos com frequência. Mas essa divisão em si é condicional: é bastante difícil determinar onde estão os limites de um e o início de outro espectro.
Luz e memória
Como já dissemos, o cérebro humano recebe o fluxo principal de informações através da visão. Mas como você salva momentos importantes? Antes da invenção da fotografia (a ação química da luz está envolvida nesteprocesso diretamente), pode-se anotar suas impressões em um diário ou chamar um artista para pintar um retrato ou um quadro. A primeira forma peca pela subjetividade, a segunda - nem todos podem pagar.
Como sempre, o acaso ajudou a encontrar uma alternativa à literatura e à pintura. A capacidade do nitrato de prata (AgNO3) de escurecer no ar é conhecida há muito tempo. Com base nesse fato, foi construída uma fotografia. O efeito químico da luz é que a energia do fóton contribui para a separação da prata pura de seu sal. A reação não é puramente física.
Em 1725, o físico alemão I. G. Schultz misturou acidentalmente ácido nítrico, no qual a prata estava dissolvida, com giz. E então eu acidentalmente notei que a luz do sol escurece a mistura.
Várias invenções se seguiram. As fotos foram impressas em cobre, papel, vidro e, finalmente, em filme plástico.
Experiências de Lebedev
Dissemos acima que a necessidade prática de salvar imagens levou a experimentos e, posteriormente, a descobertas teóricas. Às vezes acontece o contrário: um fato já calculado precisa ser confirmado pela experiência. O fato de que fótons de luz não são apenas ondas, mas também partículas, os cientistas há muito adivinham.
Lebedev construiu um dispositivo baseado em balanças de torção. Quando a luz caiu sobre as placas, a seta desviou da posição "0". Assim, ficou provado que os fótons transmitem momento às superfícies, o que significa que exercem pressão sobre elas. E a ação química da luz tem muito a ver com isso.
Como Einstein já mostrou, massa e energia são a mesma coisa. Conseqüentemente, o fóton, "dissolvendo-se" na substância, dá-lhe sua essência. O corpo pode usar a energia recebida de diferentes maneiras, inclusive para transformações químicas.
Prêmio Nobel e elétrons
O já mencionado cientista Albert Einstein é conhecido por sua teoria da relatividade especial, fórmula E=mc2 e prova de efeitos relativísticos. Mas ele recebeu o prêmio principal da ciência não por isso, mas por outra descoberta muito interessante. Einstein provou em uma série de experimentos que a luz pode "puxar" um elétron da superfície de um corpo iluminado. Esse fenômeno é chamado de efeito fotoelétrico externo. Um pouco mais tarde, o mesmo Einstein descobriu que também existe um efeito fotoelétrico interno: quando um elétron sob a influência da luz não sai do corpo, mas é redistribuído, passa para a banda de condução. E a substância iluminada altera a propriedade da condutividade!
Os campos em que este fenômeno é aplicado são muitos: das lâmpadas catódicas à "inclusão" na rede de semicondutores. Nossa vida em sua forma moderna seria impossível sem o uso do efeito fotoelétrico. O efeito químico da luz apenas confirma que a energia de um fóton na matéria pode ser convertida em várias formas.
buracos de ozônio e manchas brancas
Um pouco acima dissemos que quando as reações químicas ocorrem sob a influência da radiação eletromagnética, o alcance óptico está implícito. O exemplo que queremos dar agora vai um pouco além disso.
Recentemente, cientistas de todo o mundo soaram o alarme: sobre a Antártidao buraco de ozônio está pendurado, está se expandindo o tempo todo, e isso definitivamente terminará mal para a Terra. Mas então descobriu-se que tudo não é tão assustador. Primeiro, a camada de ozônio sobre o sexto continente é simplesmente mais fina do que em qualquer outro lugar. Em segundo lugar, as flutuações no tamanho deste ponto não dependem da atividade humana, são determinadas pela intensidade da luz solar.
Mas de onde vem o ozônio? E esta é apenas uma reação química leve. O ultravioleta que o sol emite encontra o oxigênio na atmosfera superior. Há muito ultravioleta, pouco oxigênio, e é rarefeito. Acima apenas espaço aberto e vácuo. E a energia da radiação ultravioleta é capaz de quebrar as moléculas estáveis de O2 em dois oxigênios atômicos. E então o próximo quantum UV contribui para a criação da conexão O3. Isso é ozônio.
O gás ozônio é mortal para todos os seres vivos. É muito eficaz para matar bactérias e vírus que são usados por humanos. Uma pequena concentração de gás na atmosfera não é prejudicial, mas é proibido inalar ozônio puro.
E este gás absorve muito eficazmente os quanta ultravioleta. Por isso, a camada de ozônio é tão importante: ela protege os habitantes da superfície do planeta de um excesso de radiação que pode esterilizar ou matar todos os organismos biológicos. Esperamos que agora esteja claro qual é o efeito químico da luz.
