Оптика - Годжаев Н.М.
Скачать (прямая ссылка):
света, найти ему разные применения. Это стало возможным благодаря
фокусировке лазерного луча в "пятно" с радиусом, равным одной длине
волны. Оказалось, что силы давления, вызываемые сфокусированным лазерным
светом, достаточно велики для перемещения маленьких частиц в различных
средах. Используя сфокусированный лазерный пучок, удается сообщить как
крошечным микроскопическим частицам, так и отдельным атомам и молекулам
ускорения, в миллионы раз превосходящие ускорение свободного падения.
Подобное увеличение давления света в луче лазера может найти весьма
широкие применения в разных областях науки и практики. Так, например,
используя такое высокое давление, в принципе возможно производить
разделение изотопов, разделение частиц в жидкости, ускорение до больших
скоростей электрически нейтральных частиц, проведение анализа атомных
пучков и т. д.
§ 8. ФОТОХИМИЧЕСКОЕ ДЕЙСТВИЕ СВЕТА
Под действием света могут происходить самые разнообразные химические
реакции. Об этом было известно еще до начала XIX в. Серьезные
исследования в этой области начали вести с конца XVIII и начала XIX в. В
настоящее время фотохимия развилась так, что стала самостоятельным
разделом науки на стыке физики, химии и биологии. Более того, начали
вести исследования по химическому действию различных излучений на
биологические объекты так интенсивно, что родился еще один новый раздел
науки - фотобиология.
Световая энергия способна вызвать весьма различные действия - вызвать
фотосинтез (превращение поглощенной солнечной энергии в организме в
химическую, необходимую для его роста), осуществить реакцию полимеризации
(образование больших полимерных молекул из исходных атомов и малых
молекул), а также образование простых молекул, произвести разложение
полимерных и простых молекул на составные части (например, разложение
бромистого серебра на серебро и бром в процессе фотографирования,
разложение в зеленых частях растений углекислоты и т. д.), вызвать
селективную химическую реакцию и т. д.
12 Годжаев Н М 353
I
В последнее время внимание ученых сильно привлекает действие
ультрафиолетового излучения (УФ) на биологические молекулы. Особый
интерес представляет действие УФ-излучения на так называемые молекулы
дезоксирибонуклеиновой (ДНК) и рибонуклеиновой (РНК) кислот, а также на
белковую молекулу. ДНК, как установлено, является носителем
наследственной информации, различные виды РНК выполняют разные функции -
переносят наследственные информации от ДНК к белкам, играют роль матрицы
для синтеза белков и т. д. Белки, как известно, являются строительным
материалом в организме и выполняют разные функции. Еще в 1928 г. были
известны исследования, согласно которым кривая, описывающая интенсивность
гибели бактерий как функцию длины волны, соответствует спектру поглощения
нуклеиновых кислот.
В основе химического (а также биохимического) действия света лежит
явление взаимодействия света с веществом. В зависимости от конкретного
объекта поглощение света может вызвать то или иное действие. В основе так
называемого первого закона фотохимии лежат как раз эти положения. Исходя
из них первый закон фотохимии, установленный в конце XVIII в. можно
сформулировать так: фотохимическая реакция может быть вызвана только
поглощенным молекулой светом. Если поглощения не произошло, то химическая
реакция невозможна. Этот закон носит название закона экв ивалентности.
Второй закон фотохимии связан с именем А. Эйнштейна (его иногда называют
законом Эйнштейна). Согласно этому закону, поглощение света не
обязательно заканчивается фотохимической реакцией, однако если это
происходит, то для химического изменения каждой молекулы требуется только
один фотон *. Этот закон математически можно выразить формулой
n = r\N, (15.37)
где N - число поглощенных фотонов, п - число молекул (атомов),
претерпевших химическую реакцию, ц - так называемый квантовый выход
(эффективность) фотохимической реакции. Величина различна в различных
процессах.
В чем причина возникновения фотохимической реакции? Почему поглощение
света системой не всегда вызывает фотохимическую реакцию? На эти вопросы
можно ответить, исходя из теории строения вещества и механизма поглощения
света атомными и молекулярными системами.
Электроны атомов, находясь в разных энергетических состояниях, обладают
разными энергиями. Следовательно, для отрыва электронов (ионизации
атомов), находящихся на разных энергетических уровнях, требуются
различные количества энергии, причем с удалением электрона от ядра это
количество уменьшается.
* Как известно, действие мощного лазерного излучения может вызвать не
только однофотонное, ио также и многофотонное поглощение. В результате
химическое изменение каждой молекулы может происходить поглощением более
одного фотона (о многофотоином поглощении см. § 4 гл. XVIII).
354
Всякая химическая реакция атомов связана с поведением так называемых
валентных (оптических) электронов. Поглощение световой энергии атомами
