Исследовательская работа по теме "Фотохимические явления"

Фестиваль исследовательских и творческих работ учащихся «Портфолио»

Тема:

Фотохимические явления

Выполнила:

Пантелеева Анастасия 11 класс

ГБОУ СОШ с. Старопохвистнево

Руководитель: Тимофеева Иеста Кирилловна

учитель физики

2012 год

Содержание

Введение

1. Результат поглощения фотона молекулой.
2. Фотохимические действия света.

1. Фотосинтез в зеленых частях растений.
2. Выцветание красок.
3. Фотохимическая теория зрения.
4. Фотография.
5. Фотохимический смог.

Заключение.

Список литературы

Введение

Свет – это поток фотонов, а фотоны – кванты электромагнитного излучения, обладающие одновременно и волновыми и корпускулярными свойствами. Кванты света – это не волны. Но и не корпускулы в ньютоновском смысле. Это особые частицы, энергия и импульс которых, в отличие от материальных точек, определяются через волновые характеристики – частоту и длину волны. Наличие у фотонов одновременно и корпускулярных и волновых характеристик приводит к тому, что свету присущи как свойства  непрерывных электромагнитных волн, так и свойства отдельных частиц. Неразрывное единство волновых и корпускулярных свойств, света позволяет глубже понять и истолковать ряд наблюдаемых явлений взаимодействия излучения с веществом.

В 1912 году Эйнштейн применил квантовые представления для объяснения закономерностей химических действий света, то есть действий света, в  результате которых в  веществах, поглощающих свет, происходят химические превращения – фотохимические реакции.

1.Результат поглощения фотона молекулой.

Роль света в фотохимических процессах сводится к сообщению молекуле столь большой энергии, что молекула расщепляется на составные части. С точки зрения представления о световых квантах, энергия, сообщаемая светом отдельной молекуле, очень велика и при том она увеличивается с уменьшением длины волны.

Действительно, так как молекула поглощает свет целыми квантами, то на долю поглотившей свет молекулы приходится энергия, равная hv.

Для света длины волны 4,8*10 -7 м найдем:

hv = 4,1*10 -19 Дж.

Интересно отметить, что средняя кинетическая энергия отдельной молекулы газа достигает указанного значения лишь при температуре около 20000 0С.

Другими словами, освещение даже видимым светом может также эффективно расщеплять молекулы, как нагревание на 20000 0С.

Освещение ультрафиолетовым или рентгеновским светом, следовательно, может оказаться еще более эффективным.

Поглощение света может вызвать и некоторые химические процессы, состоящие обычно в распаде молекулы, поглотившей свет, на части, за которыми нередко следует ряд дальнейших химических превращений.

2.Фотохимические действия света.

2.1. Фотосинтез в зелённых частях растений.

Наибольшее значение имеет химический процесс, который разыгрывается под действием света в зеленых частях растений.

Как известно, дыхание всех живых существ сопровождается окисление углерода, входящего в состав их тела. Сгорание углерода в углекислоту сопровождается освобождение энергии, которая и используется животными при их движении. Точно так же главный источник энергии, используемый в технике, есть процесс сжигания топлива, то есть опять – таки процесс образования углекислоты.

Обратный процесс расщепления углекислоты происходит в зеленых частях растений под действием солнечного света, как фотохимический процесс. Расщепление углекислоты сопровождается дальнейшими химическими превращениями, приводящими, в конце концов, к образованию тех основных органических соединений, из которых построено тело растений и животных. Таким образом, этот «великий круговорот» углерода в природе осуществляется благодаря фотохимическому превращению. Энергия, затраченная при этом солнечным светом, запасается в виде внутренней энергии продуктов превращения и является главным запасом энергии, используемым до последнего времени человеком.

2.2. Выцветание красок.

Наряду фотосинтезом, идущим в природе в гигантских масштабах, известно и множество других превращений. Простым примером может служить фотохимический процесс выцветания многих красок, состоящий в окислении этих красок кислородом воздуха под действием света. Покрасив раствором некоторой краски (цианина) слой желатины, мы сможем сохранять такую окрашенную пластинку довольно долго. Но если направить на нее интенсивный пучок света (от Солнца или дугового фонаря), то пластинка в тех местах, куда попадает свет, выцветает так быстро, что эти участки становятся бесцветными на глазах. Отбеливание холста, растянутого на солнцепеке, по существу представляет собой фотохимическое выцветание.

2.3. Фотохимическая  теория зрения.

Зрительные ощущения человека и животных тоже связаны с фотохимическими процессами. Свет, достигая сетчатки, поглощается светочувствительными веществами (родопсин или зрительный пурпур в палочках и иодопсин в колбочках). Продукты разложения вызывают раздражение зрительного нерва, в результате чего по нерву проходят электрические импульсы в головной мозг, и возникает ощущение света. Так как зрительный нерв имеет разветвления по всей поверхности сетчатки, то характер раздражения зависит от того, в каких местах сетчатки произошло фотохимическое разложение. Поэтому раздражение зрительного нерва позволяет судить о характере изображения на сетчатке и, следовательно, о картине во внешнем пространстве, которая является источником этого изображения.

2.4. Фотография.

В современном мире используются цифровые фотоаппараты, где пленкой служит прибор с зарядовой связью, который преобразует изображение, пойманное видоискателем, в понятную компьютеру цифровую форму. Но также интересным является процесс фотографирования с применением фотохимических превращений.

На фотографическую пластинку проецируется при помощи специальной оптики изображение предмета. После этого пластинку проявляют, закрепляют и получают негатив. На негативе светлые места предмета изображаются темными и наоборот. Повторение этого процесса при помощи другой оптики с переносом изображения на фотобумагу дает изображение с правильным распределением света и тени. В чем же сущность процессов, происходящих в пластинке (фотобумаге)?

 В фоточувствительном слое пластинки содержатся соли серебра. Под действием света происходит фоторасщепление этих молекул, причем выделяются свободные атомы серебра. Число выделившихся атомов серебра в данном элементе пластинки пропорционально ее освещенности. Полученное на пластинке изображение называется «скрытым» или «латентным». При проявлении фотопластинка подвергается действию реактивов, под влиянием которых происходит дальнейшее выделение свободного серебра из кристалликов его соли. Речь идет именно о дальнейшем выделении, так как оно происходит только там, где имеются уже атомы свободного серебра. Таким образом, выделившиеся в результате фоторасщепления атомы серебра начинают цепочку превращений, в результате которых выделяются уже заметные количества серебра – десятки миллионов атомов на исходный свободный атом серебра. В результате пластинка чернеет тем быстрее, чем больше в данном месте свободных атомов серебра, то есть чем интенсивнее был поток вызвавшего фоторасщепление света. После того как нужное почернение достигнуто, необходимо предохранить пластинку от возможных последующих изменений. Для этого ее промывают в растворе гипосульфита, в котором растворяются все не успевшие разложиться соли серебра. Этим дальнейшие изменения в пластинке исключаются, изображение оказывается «закрепленным». Получился негатив. Далее получают позитив, расположив фотопластинку между источником света и фотобумагой и повторив те же действия по проявлению и закреплению изображения.

2.5 Фотохимический смог.

В настоящее время в некоторых городах наблюдали явление, которое названо фотохимическим смогом. В результате аварий на химических предприятиях и большого количества автомобилей в атмосфере накапливаются химические вещества, которые под действием солнечной радиации вступают в реакцию между собой. Это приводит к значительному повышению концентрации озона и других фотооксидантов в воздухе.  

Заключение

В ходе работы я поняла что, фотохимические процессы очень важны для всего живущего на Земле, они не могу существовать без солнечного света.

 Многие фотохимические процессы в настоящее время используются в технике для ускоренного получения тех или иных веществ. Большинство таких процессов идет особенно энергично под действием коротковолнового ультрафиолетового света.

Но в связи с ухудшением экологической обстановки проявляется и негативное действие фотохимических явлений.

Список литературы

1. Г.А. Зисман, О.М. Тодес «Курс общей физики»Киев: «Эдельвейс», «Днiпро», 1994
2. А.С. Енохович Справочник по физике М.: Просвещение, 1990
3. Г.С. Лансберг «Элементарный учебник физики». М.: Наука., 1970