Химическое действие света - Световые кванты - Квантовая физика

Цель: познакомить учащихся с фотосинтезом и фотографией.

Ход урока

I. Организационный момент

II. Проверка домашнего задания

- Как объясняет световое давление квантовая теория света?

- Кто предсказал существование светового давления и кто его измерил?

- Чему равна энергия фотона с частотой d?

- Почему хвост кометы направлен всегда в сторону, противоположную сторону Солнцу?

III. Изучение нового материала

Фотохимия изучает химические реакции, которые протекают под действием света (при его поглощении). Фотохимические процессы лежат в основе фотографии, фотосинтеза и механизма зрения. Химическое действие света является еще одним доказательством квантовой теории света.

Эксперимент 1

Фотобумага освещается пучком света. Через некоторое время бумага темнеет.

Эксперимент 2

В сосуд с водой помещают зеленое растение, которое накрывают стеклянной воронкой. На последнюю надевают резиновую трубку, конец которой закрывают зажимом. Сосуд выставляют на свет. Через некоторое время листья на свету покрываются пузырьками газа, которые всплывают и собираются в узкой части воронки. К концу резиновой трубки подносят тлеющую лучину, и затем зажим расслабляют. Лучина воспламеняется. Этот газ - кислород. В темноте это явление не имеет места.

Фотографический процесс

Процесс получения фотографии состоит из четырех операций: фотосъемка, проявление пленки, ее закрепление, фотопечать.

Фотосъемка - получение действительного изображения объекта в светочувствительном слое фотопленки. Фотоэмульсия: желатин, мелкие зерна AgBr. Квант энергии hd отрывает электроны от некоторых ионов брома, которые захватываются ионами серебра. В зернах AgBr образуются нейтральные атомы, количество которых пропорционально освещенности пленки. Эти атомы образуют скрытое изображение объекта съемки.

Проявление пленки. Проявитель гидрохитон или метон восстанавливает бромистое серебро в свободное металлическое серебро. В процессе закрепления в растворе тиосульфата натрияNa₂S₂O₃ происходит удаление из фотослоя всех светочувствительных зерен солей серебра, не успевших разложиться. Закрепление завершается промывкой пленки в воде.

Фотопечать - перенос изображения с фотопленки на светочувствительную фотобумагу. Негативное изображение с фотопленки проецируется на фотобумагу, где образуется скрытое позитивное изображение. Затем эту фотобумагу с изображением проявляют, фиксируют, промывают, сушат и получают фотографию объекта.

Наибольшее значение имеет химический процесс, который разыгрывается под действием света в зеленых частях растений. Как известно, дыхание всех живых существ сопровождается окислением углерода, входящего в состав их тела. Сгорание углерода в углекислоту (СО₂) сопровождается освобождением энергии, которая и используется животными при их движении. Точно так же главный источник энергии, используемый в технике, это процесс сжигания топлива, то есть опять-таки процесс образования СO₂. Обратный процесс расщепления СO₂происходит 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. Наряду с этим процессом, идущим в природе в гигантских масштабах, известно и множество других фотохимических превращений. Например, выцветание многих красок, состоящих в окислении этих красок кислородом воздуха под действием света. Покрасив раствором некоторой краски (цианина) слой желатина, мы можем 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 падает свет, выцветает так быстро, что эти участки становятся бесцветными на глазах. Отбеливание холста, растянутого на солнцепеке, по существу представляет собой фотохимическое выцветание. 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.

IV. Закрепление изученного материала

- В чем проявляется химическое действие света?

- Какие реакции называются фотохимическими? Приведите примеры.

- Что способствует обеспечению круговорота углерода и кислорода в природе?

- Что называется фотосинтезом?

- Какова его роль в жизни Земли?

- Что представляет собой чувствительный слой фотопластинки?

- Опишите все операции процесса получения фотоснимка.

- Каково значение фотографии?

V. Подведение итогов урока

Дополнительный материал

Фотохимическая теория зрения

Зрительное ощущение человека и животных связано с фотохимическими процессами. Свет, достигая сетчатки, поглощается светочувствительным веществом. Механизм разложения этих веществ и последующего их восстановления пока не выяснен, но установлено, что продукты разложения вызывают раздражение зрительного нерва. В результате чего по нерву проходят электрические импульсы в головной мозг, и возникают ощущение света.

Поскольку зрительный нерв имеет разветвления по всей поверхности сетчатки, то характер раздражения зависит от того, в каких местах сетчатки произошло фотохимическое разложение. Раздражение зрительного нерва позволяет судить о характере изображения на сетчатке, и, следовательно, о картине во внешнем пространстве, которая является источником этого изображения. Мы вполне отчетливо видим предметы, освещенные ярким солнцем, равно как те же предметы при умеренном вечернем освещении. Эта способность глаза приспосабливаться к весьма широкому диапазону яркостей носит название адаптация.

При слишком переходе к яркому свету глаз слепнет на время или навсегда - в зависимости от тяжести ослепления. Временная потеря зрения хорошо известна автомобилистам при ослеплении фарами встречных автомашин. Разложившее вещество раздражает зрительный нерв в течение некоторого времени примерно 1/7 секунды. Поэтому возникшее зрительное ощущение сохраняется в течение этого времени, хотя бы само раздражение и было очень кратковременным. Эта способность глаза используется в различных приспособлениях. Самое известное их них кинематограф.

Домашнее задание

§ 93.