A. Химическое действие

Материал из PhysBook
Перейти к: навигация, поиск

Химическое действие света и его применение

Химическое действие света проявляется в том, что существует целый ряд химических превращений, происходящих только под действием света. Химические реакции, протекающие под действием света, называют фотохимическими.

Фотохимические реакции могут протекать либо по пути синтеза (образование под действием света из молекул исходных веществ более сложных молекул), либо по пути разложения (образование под действием света простых молекул из более сложных).

Фотохимические реакции часто сопровождаются вторичными химическими превращениями.

Установлено, что масса вещества, участвующего в ходе первичной фотохимической реакции, пропорциональна энергии светового излучения, поглощенного веществом.

Для каждой фотохимической реакции существует пороговая частота \(~\nu,\) которую называют красной границей данной реакции. Свет с частотой \(~\nu < \nu_0\) не может вызвать данную фотохимическую реакцию.

Закономерности фотохимических реакций объясняют на основе квантовой теории: атомы в молекулах удерживаются благодаря химическим связям. Если энергии, поглощенной молекулой фотона, хватает для разрыва химической связи \(~(\nu \ge \nu_0),\) то фотохимическая реакция происходит, если же \(~\nu < \nu_0,\) то реакция не происходит.

Многие фотохимические реакции играют большую роль в природе и технике.

Важнейшие фотохимические реакции происходят в зеленых листьях деревьев и травы, в иглах хвои и во многих микроорганизмах. Листья поглощают из воздуха углекислый газ и расщепляют его молекулы на составные части: углерод и кислород. Происходит это, как установил русский биолог К. А. Тимирязев, в молекулах хлорофилла под действием красных лучей солнечного спектра. Пристраивая к углеродной цепочке атомы других элементов, извлекаемых корнями из земли, растения строят молекулы белков, жиров и углеводов — пищу для человека и животных. Все это происходит за счет энергии солнечных лучей. Причем здесь особенно важна не только сама энергия, но и та форма, в которой она поступает. Итак, фотосинтез — это процесс образования углеводов под действием света с выделением кислорода в растениях и некоторых микроорганизмах.

Химическое действие света лежит и в основе фотографии. Чувствительный слой фотопластинки состоит из маленьких кристалликов бромида серебра (AgBr), вкрапленных в желатин. Попадание фотонов в кристаллик приводит к отрыву электронов от отдельных ионов брома. Эти электроны захватываются ионами серебра, и в кристаллике образуется небольшое количество нейтральных атомов серебра.

Распад молекулы происходит по схеме

\(~AgBr + h \nu \to Ag^* + Br^+ + e^-,\)

где Ag* — энергетически возбужденный атом серебра. Вr+ — положительный ион брома, e- — электрон. Под действием проявителя бром растворяется, а оставшиеся атомы серебра дают негативное изображение Далее негатив обрабатывается в закрепителе, который растворяет некореагированный бромид серебра.

Фотография получила широкое распространение в науке и технике. Современные достижения позволяют производить фотографирование не только при видимом свете, но и в темноте (в инфракрасных лучах). Фотографию применяют также для записи звука в кино.

Выцветание тканей на солнце и образование загара — тоже примеры химического действия света.


Литература

Аксенович Л. А. Физика в средней школе: Теория. Задания. Тесты: Учеб. пособие для учреждений, обеспечивающих получение общ. сред, образования / Л. А. Аксенович, Н.Н.Ракина, К. С. Фарино; Под ред. К. С. Фарино. — Мн.: Адукацыя i выхаванне, 2004. — С. 566-567.