ผลกระทบทางเคมีของแสงคืออะไร?

2024 ผู้เขียน: Angel Austin | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-02 17:57

วันนี้เราจะบอกคุณว่าผลกระทบทางเคมีของแสงคืออะไร ปรากฏการณ์นี้ถูกนำไปใช้อย่างไรในตอนนี้ และประวัติการค้นพบมันคืออะไร

แสงและความมืด

วรรณกรรมทั้งหมด (ตั้งแต่พระคัมภีร์จนถึงนิยายสมัยใหม่) ใช้ประโยชน์จากสองสิ่งที่ตรงกันข้ามนี้ ยิ่งกว่านั้นความสว่างยังเป็นสัญลักษณ์ของการเริ่มต้นที่ดีและความมืด - ร้ายและชั่วร้าย หากคุณไม่เข้าสู่อภิปรัชญาและเข้าใจแก่นแท้ของปรากฏการณ์ พื้นฐานของการเผชิญหน้าชั่วนิรันดร์คือความกลัวความมืด หรือมากกว่านั้นคือการขาดแสง

ตามนุษย์และสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้า

ดวงตามนุษย์ได้รับการออกแบบมาเพื่อให้ผู้คนรับรู้การสั่นของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในช่วงความยาวคลื่นหนึ่งๆ ความยาวคลื่นที่ยาวที่สุดคือแสงสีแดง (λ=380 นาโนเมตร) และสีม่วงที่สั้นที่สุด (λ=780 นาโนเมตร) คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าแบบเต็มสเปกตรัมนั้นกว้างกว่ามากและส่วนที่มองเห็นได้นั้นใช้เพียงส่วนเล็ก ๆ เท่านั้น บุคคลรับรู้การสั่นสะเทือนอินฟราเรดด้วยอวัยวะรับความรู้สึกอื่น - ผิวหนัง ส่วนนี้ของสเปกตรัมที่ผู้คนรู้จักว่าเป็นความร้อน บางคนสามารถเห็นรังสีอัลตราไวโอเลตเล็กน้อย (นึกถึงตัวละครหลักในภาพยนตร์เรื่อง "Planet Ka-Pax")

ช่องหลักข้อมูลสำหรับบุคคลคือดวงตา ดังนั้น ผู้คนจึงสูญเสียความสามารถในการประเมินสิ่งที่เกิดขึ้นรอบๆ เมื่อแสงที่มองเห็นหายไปหลังพระอาทิตย์ตกดิน ป่ามืดกลายเป็นสิ่งที่ควบคุมไม่ได้อันตราย และที่ใดมีอันตราย ก็ย่อมมีความหวาดกลัวว่าจะมีใครไม่รู้จักมา "กัดถัง" สิ่งมีชีวิตที่น่ากลัวและชั่วร้ายอาศัยอยู่ในความมืด แต่สิ่งมีชีวิตที่ใจดีและเข้าใจนั้นอาศัยอยู่ในความสว่าง

ขนาดคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า. ส่วนที่หนึ่ง: พลังงานต่ำ

เมื่อพิจารณาการกระทำทางเคมีของแสง ฟิสิกส์หมายถึงสเปกตรัมที่มองเห็นได้ตามปกติ

เพื่อให้เข้าใจว่าแสงโดยทั่วไปคืออะไร ก่อนอื่นคุณควรพูดถึงตัวเลือกที่เป็นไปได้ทั้งหมดสำหรับการสั่นของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า:

1. คลื่นวิทยุ. ความยาวคลื่นของพวกมันยาวมากจนสามารถโคจรรอบโลกได้ สิ่งเหล่านี้สะท้อนจากชั้นไอออนของดาวเคราะห์และส่งข้อมูลไปยังผู้คน ความถี่ของพวกเขาคือ 300 กิกะเฮิรตซ์หรือน้อยกว่า และความยาวคลื่นตั้งแต่ 1 มิลลิเมตรขึ้นไป (ในอนาคต - ถึงอนันต์)
2. รังสีอินฟราเรด. ดังที่เราได้กล่าวไว้ข้างต้น บุคคลรับรู้ช่วงอินฟราเรดเป็นความร้อน ความยาวคลื่นของสเปกตรัมส่วนนี้สูงกว่าความยาวที่มองเห็นได้ - ตั้งแต่ 1 มิลลิเมตรถึง 780 นาโนเมตร และความถี่ต่ำกว่า - จาก 300 ถึง 429 เทราเฮิรตซ์
3. สเปกตรัมที่มองเห็นได้ ส่วนหนึ่งของสเกลทั้งหมดที่ตามนุษย์รับรู้ ความยาวคลื่นตั้งแต่ 380 ถึง 780 นาโนเมตร ความถี่ตั้งแต่ 429 ถึง 750 เทราเฮิรตซ์

ขนาดคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า. ส่วนที่สอง: พลังงานสูง

คลื่นด้านล่างมีความหมายสองนัย: อันตรายถึงตายอันตรายถึงชีวิต แต่ในขณะเดียวกัน ถ้าไม่มีพวกมัน การดำรงอยู่ทางชีวภาพก็เกิดขึ้นไม่ได้

1. รังสี UV. พลังงานของโฟตอนเหล่านี้สูงกว่าพลังงานที่มองเห็นได้ พวกมันถูกจัดหาโดยผู้ส่องสว่างกลางของเรา นั่นคือดวงอาทิตย์ และลักษณะของรังสีมีดังนี้ ความยาวคลื่นตั้งแต่ 10 ถึง 380 นาโนเมตร ความถี่ตั้งแต่ 310¹⁴ ถึง 310^{16 เฮิรตซ์}
2. เอกซเรย์. ใครที่กระดูกหักก็รู้จัก แต่คลื่นเหล่านี้ไม่เพียงแต่ใช้ในทางการแพทย์เท่านั้น และอิเล็กตรอนของพวกมันจะแผ่รังสีด้วยความเร็วสูง ซึ่งช้าลงในสนามที่แรง หรืออะตอมหนัก ซึ่งอิเล็กตรอนถูกดึงออกจากเปลือกชั้นใน ความยาวคลื่นตั้งแต่ 5 พิโคเมตรถึง 10 นาโนเมตร ช่วงความถี่ระหว่าง 310¹⁶-610^{19 เฮิรตซ์}
3. รังสีแกมมา. พลังงานของคลื่นเหล่านี้มักจะเกิดขึ้นพร้อมกับรังสีเอกซ์ สเปกตรัมของพวกเขาคาบเกี่ยวกันอย่างมีนัยสำคัญเฉพาะแหล่งที่มาของแหล่งกำเนิดที่แตกต่างกัน รังสีแกมมาผลิตโดยกระบวนการกัมมันตภาพรังสีนิวเคลียร์เท่านั้น แต่รังสี γ นั้นแตกต่างจากรังสีเอกซ์ตรงที่มีพลังงานสูงกว่า

เราได้ให้ส่วนหลักของมาตราส่วนของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า แต่ละช่วงจะถูกแบ่งออกเป็นส่วนที่เล็กกว่า ตัวอย่างเช่น มักได้ยิน "รังสีเอกซ์อย่างหนัก" หรือ "รังสีอัลตราไวโอเลตสูญญากาศ" แต่การแบ่งส่วนนี้มีเงื่อนไข: เป็นการยากที่จะกำหนดว่าขอบเขตของคลื่นความถี่หนึ่งและจุดเริ่มต้นของคลื่นความถี่อื่นอยู่ที่ใด

แสงและความทรงจำ

ดังที่เราได้กล่าวไปแล้ว สมองของมนุษย์ได้รับกระแสข้อมูลหลักผ่านการมองเห็น แต่คุณจะบันทึกช่วงเวลาสำคัญได้อย่างไร ก่อนการประดิษฐ์ภาพถ่าย (การกระทำทางเคมีของแสงมีส่วนเกี่ยวข้องในเรื่องนี้กระบวนการโดยตรง) เราสามารถเขียนความประทับใจของตนลงในไดอารี่หรือเรียกศิลปินให้วาดภาพเหมือนหรือรูปภาพ วิธีแรกทำบาปเรื่องอัตวิสัย วิธีที่สอง - ทุกคนไม่สามารถจ่ายได้

เช่นเคย โอกาสช่วยหาทางเลือกอื่นแทนวรรณกรรมและภาพวาด ความสามารถของซิลเวอร์ไนเตรต (AgNO_{3) ทำให้มืดลงในอากาศเป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้ว จากข้อเท็จจริงนี้ ภาพถ่ายจึงถูกสร้างขึ้น ผลกระทบทางเคมีของแสงคือพลังงานโฟตอนมีส่วนในการแยกเงินบริสุทธิ์ออกจากเกลือ ปฏิกิริยาไม่ได้หมายถึงทางกายภาพล้วนๆ}

ในปี 1725 นักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน I. G. Schultz ได้ผสมกรดไนตริกโดยไม่ได้ตั้งใจ ซึ่งเงินถูกละลายด้วยชอล์ก แล้วฉันก็บังเอิญสังเกตเห็นว่าแสงแดดทำให้ส่วนผสมมืดลง

ตามมาด้วยสิ่งประดิษฐ์มากมาย ภาพถ่ายถูกพิมพ์บนทองแดง กระดาษ แก้ว และสุดท้ายบนฟิล์มพลาสติก

การทดลองของเลเบเดฟ

เรากล่าวไว้ข้างต้นว่าความจำเป็นในทางปฏิบัติในการบันทึกภาพนำไปสู่การทดลอง และต่อมาก็มีการค้นพบทางทฤษฎี บางครั้งก็เกิดขึ้นในทางตรงกันข้าม: ข้อเท็จจริงที่คำนวณแล้วต้องได้รับการยืนยันโดยการทดสอบ ความจริงที่ว่าโฟตอนของแสงไม่ได้เป็นเพียงคลื่น แต่ยังรวมถึงอนุภาคด้วย นักวิทยาศาสตร์คาดเดามานานแล้ว

Lebedev สร้างอุปกรณ์ตามสมดุลของแรงบิด เมื่อแสงตกบนจาน ลูกศรจะเบี่ยงเบนจากตำแหน่ง "0" ดังนั้นจึงได้รับการพิสูจน์แล้วว่าโฟตอนส่งโมเมนตัมไปยังพื้นผิว ซึ่งหมายความว่าพวกมันออกแรงกดบนพวกมัน และการกระทำทางเคมีของแสงก็มีส่วนเกี่ยวข้องด้วย

ดังที่ไอน์สไตน์แสดงให้เห็นแล้ว มวลและพลังงานเป็นหนึ่งเดียวกัน ดังนั้นโฟตอนที่ "ละลาย" ในสารจึงให้สาระสำคัญแก่มัน ร่างกายสามารถใช้พลังงานที่ได้รับในรูปแบบต่างๆ รวมถึงการแปรรูปทางเคมี

รางวัลโนเบลและอิเล็กตรอน

นักวิทยาศาสตร์ที่กล่าวถึงแล้ว Albert Einstein เป็นที่รู้จักจากทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษของเขา สูตร E=mc2 และการพิสูจน์ผลสัมพัทธภาพ แต่เขาได้รับรางวัลวิทยาศาสตร์หลักไม่ใช่สำหรับสิ่งนี้ แต่สำหรับการค้นพบที่น่าสนใจอีกอย่างหนึ่ง ไอน์สไตน์ได้รับการพิสูจน์ในชุดการทดลองว่าแสงสามารถ "ดึง" อิเล็กตรอนออกจากพื้นผิวของวัตถุที่ส่องสว่างได้ ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริกภายนอก หลังจากนั้นไม่นาน ไอน์สไตน์คนเดียวกันก็ค้นพบว่ามีผลโฟโตอิเล็กทริกภายในด้วย: เมื่ออิเล็กตรอนที่อยู่ภายใต้อิทธิพลของแสงไม่ออกจากร่างกาย แต่ถูกแจกจ่ายซ้ำ มันจะผ่านเข้าไปในแถบการนำไฟฟ้า และสารเรืองแสงจะเปลี่ยนคุณสมบัติของการนำไฟฟ้า!

ปรากฏการณ์นี้ถูกนำมาใช้เป็นจำนวนมาก: ตั้งแต่หลอดแคโทดไปจนถึง "การรวม" ในเครือข่ายเซมิคอนดักเตอร์ ชีวิตของเราในรูปแบบที่ทันสมัยจะเป็นไปไม่ได้หากไม่มีการใช้เอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริก ผลกระทบทางเคมีของแสงยืนยันว่าพลังงานของโฟตอนในสสารสามารถแปลงเป็นรูปแบบต่างๆ ได้

หลุมโอโซนและจุดขาว

เรากล่าวว่าเมื่อปฏิกิริยาเคมีเกิดขึ้นภายใต้อิทธิพลของการแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้า ช่วงแสงจะแสดงให้เห็นโดยนัย ตัวอย่างที่เราอยากนำเสนอตอนนี้มีมากกว่านั้นเล็กน้อย

เมื่อเร็วๆ นี้ นักวิทยาศาสตร์ทั่วโลกส่งเสียงเตือน: เหนือทวีปแอนตาร์กติกาหลุมโอโซนกำลังห้อยโหน ขยายตัวตลอดเวลา และจะจบลงอย่างเลวร้ายสำหรับโลกอย่างแน่นอน แต่แล้วปรากฎว่าทุกอย่างไม่น่ากลัวนัก อย่างแรก ชั้นโอโซนในทวีปที่หกนั้นบางกว่าที่อื่น ประการที่สอง ความผันผวนของขนาดของจุดนี้ไม่ได้ขึ้นอยู่กับกิจกรรมของมนุษย์ แต่จะถูกกำหนดโดยความเข้มของแสงแดด

แต่โอโซนมาจากไหน? และนี่เป็นเพียงปฏิกิริยาเคมีเบา รังสีอัลตราไวโอเลตที่ดวงอาทิตย์ปล่อยออกมาจะพบกับออกซิเจนในบรรยากาศชั้นบน มีรังสีอัลตราไวโอเลตอยู่มาก ออกซิเจนน้อย และถูกทำให้เป็นธาตุหายาก เหนือพื้นที่เปิดโล่งและสูญญากาศเท่านั้น และพลังงานของรังสีอัลตราไวโอเลตสามารถทำลายโมเลกุล O₂ ที่เสถียรออกเป็นออกซิเจนอะตอมสองตัว จากนั้นควอนตัม UV ตัวต่อไปก็มีส่วนช่วยในการสร้างการเชื่อมต่อ O_{3 นี่คือโอโซน}

ก๊าซโอโซนเป็นอันตรายต่อสิ่งมีชีวิตทุกชนิด มีประสิทธิภาพมากในการฆ่าเชื้อแบคทีเรียและไวรัสที่มนุษย์ใช้ ก๊าซที่มีความเข้มข้นเล็กน้อยในบรรยากาศไม่เป็นอันตราย แต่ห้ามสูดดมโอโซนบริสุทธิ์

และก๊าซนี้ดูดซับควอนตาอัลตราไวโอเลตได้อย่างมีประสิทธิภาพมาก ดังนั้นชั้นโอโซนจึงมีความสำคัญมาก: ช่วยปกป้องผู้อยู่อาศัยบนพื้นผิวโลกจากรังสีส่วนเกินที่สามารถฆ่าเชื้อหรือฆ่าสิ่งมีชีวิตทางชีววิทยาทั้งหมดได้ เราหวังว่าตอนนี้คงเป็นที่ชัดเจนว่าผลกระทบทางเคมีของแสงเป็นอย่างไร