Hoy te contamos cuál es el efecto químico de la luz, cómo se aplica este fenómeno ahora y cuál es la historia de su descubrimiento.
Luz y oscuridad
Toda la literatura (desde la Biblia hasta la ficción moderna) explota estos dos opuestos. Además, la luz siempre simboliza un buen comienzo y la oscuridad, el mal y el mal. Si no entras en metafísica y comprendes la esencia del fenómeno, entonces la base de la eterna confrontación es el miedo a la oscuridad, o más bien, la ausencia de luz.
El ojo humano y el espectro electromagnético
El ojo humano está diseñado para que las personas perciban vibraciones electromagnéticas de cierta longitud de onda. La longitud de onda más larga pertenece a la luz roja (λ=380 nanómetros), la más corta - violeta (λ=780 nanómetros). El espectro completo de oscilaciones electromagnéticas es mucho más amplio y su parte visible ocupa solo una pequeña parte. Una persona percibe vibraciones infrarrojas con otro órgano sensorial: la piel. Esta parte del espectro la gente la conoce como calor. Alguien es capaz de ver un poco de luz ultravioleta (piense en el personaje principal de la película "Planet Ka-Pax").
Canal principalinformación para una persona es el ojo. Por lo tanto, las personas pierden la capacidad de evaluar lo que sucede a su alrededor cuando la luz visible desaparece después de la puesta del sol. El bosque oscuro se vuelve incontrolable, peligroso. Y donde hay peligro, también está el temor de que alguien desconocido venga y "muerda el barril". Las criaturas aterradoras y malvadas viven en la oscuridad, pero las criaturas amables y comprensivas viven en la luz.
Escala de ondas electromagnéticas. Primera parte: Energías bajas
Al considerar la acción química de la luz, la física se refiere al espectro normalmente visible.
Para entender qué es la luz en general, primero debe hablar sobre todas las opciones posibles para las oscilaciones electromagnéticas:
- Ondas de radio. Su longitud de onda es tan larga que pueden dar la vuelta a la Tierra. Se reflejan en la capa iónica del planeta y llevan información a las personas. Su frecuencia es de 300 gigahercios o menos, y la longitud de onda es de 1 milímetro o más (en el futuro, hasta el infinito).
- Radiación infrarroja. Como dijimos anteriormente, una persona percibe el rango infrarrojo como calor. La longitud de onda de esta parte del espectro es más alta que la del visible, de 1 milímetro a 780 nanómetros, y la frecuencia es más baja, de 300 a 429 terahercios.
- Espectro visible. Esa parte de la escala total que percibe el ojo humano. Longitud de onda de 380 a 780 nanómetros, frecuencia de 429 a 750 terahercios.
Escala de ondas electromagnéticas. Segunda parte: Altas energías
Las ondas enumeradas a continuación tienen un doble significado: son mortalespeligrosos para la vida, pero al mismo tiempo, sin ellos, la existencia biológica no podría haber surgido.
- Radiación ultravioleta. La energía de estos fotones es mayor que la de los visibles. Son suministrados por nuestra luminaria central, el Sol. Y las características de la radiación son las siguientes: longitud de onda de 10 a 380 nanómetros, frecuencia de 31014 a 31016 Hertz.
- rayos X. Cualquiera que tenga huesos rotos los conoce. Pero estas ondas se usan no solo en medicina. Y sus electrones irradian a alta velocidad, lo que se ralentiza en un campo fuerte, o átomos pesados, en los que se ha arrancado un electrón de la capa interna. Longitud de onda de 5 picómetros a 10 nanómetros, rangos de frecuencia entre 31016-61019 Hertz.
- Radiación gamma. La energía de estas ondas a menudo coincide con la de los rayos X. Su espectro se superpone significativamente, solo difiere la fuente de origen. Los rayos gamma son producidos únicamente por procesos radiactivos nucleares. Pero, a diferencia de los rayos X, la radiación γ es capaz de generar energías más altas.
Hemos dado las secciones principales de la escala de ondas electromagnéticas. Cada uno de los rangos se divide en secciones más pequeñas. Por ejemplo, a menudo se pueden escuchar "rayos X duros" o "ultravioleta de vacío". Pero esta división en sí misma es condicional: es bastante difícil determinar dónde están los límites de uno y el comienzo de otro espectro.
Luz y memoria
Como ya hemos dicho, el cerebro humano recibe el principal flujo de información a través de la visión. Pero, ¿cómo se guardan los momentos importantes? Antes de la invención de la fotografía (la acción química de la luz está involucrada en esteproceso directamente), uno podría anotar sus impresiones en un diario o llamar a un artista para pintar un retrato o un cuadro. La primera forma peca de subjetividad, la segunda, no todos pueden permitírselo.
Como siempre, el azar ayudó a encontrar una alternativa a la literatura y la pintura. Hace tiempo que se conoce la capacidad del nitrato de plata (AgNO3) para oscurecerse en el aire. En base a este hecho, se construyó una fotografía. El efecto químico de la luz es que la energía fotónica contribuye a la separación de la plata pura de su sal. La reacción no es puramente física.
En 1725, el físico alemán I. G. Schultz mezcló accidentalmente ácido nítrico, en el que se disolvió plata, con tiza. Y luego noté accidentalmente que la luz del sol oscurece la mezcla.
Siguieron varios inventos. Las fotos se imprimieron en cobre, papel, vidrio y finalmente en película plástica.
Los experimentos de Lebedev
Dijimos anteriormente que la necesidad práctica de guardar imágenes condujo a experimentos y luego a descubrimientos teóricos. A veces sucede al revés: un hecho ya calculado necesita ser confirmado por un experimento. Los científicos han adivinado durante mucho tiempo que los fotones de luz no son solo ondas, sino también partículas.
Lebedev construyó un dispositivo basado en balanzas de torsión. Cuando la luz cayó sobre las placas, la flecha se desvió de la posición "0". Entonces se demostró que los fotones transmiten impulso a las superficies, lo que significa que ejercen presión sobre ellas. Y la acción química de la luz tiene mucho que ver.
Como ya mostró Einstein, la masa y la energía son lo mismo. En consecuencia, el fotón, "disolviéndose" en la sustancia, le da su esencia. El cuerpo puede usar la energía recibida de diferentes maneras, incluso para transformaciones químicas.
Premio Nobel y electrones
El ya mencionado científico Albert Einstein es conocido por su teoría especial de la relatividad, fórmula E=mc2 y prueba de los efectos relativistas. Pero recibió el premio principal de la ciencia no por esto, sino por otro descubrimiento muy interesante. Einstein demostró en una serie de experimentos que la luz puede "arrancar" un electrón de la superficie de un cuerpo iluminado. Este fenómeno se denomina efecto fotoeléctrico externo. Un poco más tarde, el mismo Einstein descubrió que también existe un efecto fotoeléctrico interno: cuando un electrón bajo la influencia de la luz no abandona el cuerpo, sino que se redistribuye, pasa a la banda de conducción. ¡Y la sustancia iluminada cambia la propiedad de conductividad!
Los campos en los que se aplica este fenómeno son muchos: desde las lámparas catódicas hasta la "inclusión" en la red de semiconductores. Nuestra vida en su forma moderna sería imposible sin el uso del efecto fotoeléctrico. El efecto químico de la luz solo confirma que la energía de un fotón en la materia se puede convertir en varias formas.
Agujeros de ozono y manchas blancas
Un poco más arriba dijimos que cuando las reacciones químicas ocurren bajo la influencia de la radiación electromagnética, el rango óptico está implícito. El ejemplo que queremos dar ahora va un poco más allá.
Recientemente, científicos de todo el mundo dieron la voz de alarma: sobre la Antártidael agujero de ozono está pendiente, se está expandiendo todo el tiempo, y esto definitivamente terminará mal para la Tierra. Pero luego resultó que no todo da tanto miedo. Primero, la capa de ozono sobre el sexto continente es simplemente más delgada que en cualquier otro lugar. En segundo lugar, las fluctuaciones en el tamaño de esta mancha no dependen de la actividad humana, sino que están determinadas por la intensidad de la luz solar.
¿Pero de dónde viene el ozono? Y esto es solo una reacción química ligera. El ultravioleta que emite el sol se encuentra con el oxígeno en la atmósfera superior. Hay mucho ultravioleta, poco oxígeno y está enrarecido. Arriba solo espacio abierto y vacío. Y la energía de la radiación ultravioleta es capaz de romper las moléculas estables O2 en dos oxígenos atómicos. Y luego el siguiente cuanto UV contribuye a la creación de la conexión O3. Esto es ozono.
El gas ozono es mortal para todos los seres vivos. Es muy efectivo para matar bacterias y virus que son utilizados por los humanos. Una pequeña concentración de gas en la atmósfera no es dañina, pero está prohibido inhalar ozono puro.
Y este gas absorbe de manera muy efectiva cuantos ultravioleta. Por eso, la capa de ozono es tan importante: protege a los habitantes de la superficie del planeta de un exceso de radiación que puede esterilizar o matar a todos los organismos biológicos. Esperamos que ahora quede claro cuál es el efecto químico de la luz.
