§ 94. Хімічна дія світла та її застосування

Поглинання фотонів молекулами речовини може при­вести у деяких випадках до розпаду молекул, тобто до хіміч­них перетворень речовини. Поглинання фотона молекулою означає збільшення її енергії на Av. Часто цієї енергії виявляється досить для розщеплення молекули. Дійсно, при кімнатній температурі Т = 290 К енергія поступаль­ного руху молекул -|- кТ « 6,4 • 10"²' Дж, у той час як енер­гія фотона зеленого світла (у=6-10^нГц) дорівнює £ = = ftv«4-10~¹⁹ Дж. Таким чином, поглинання фотонів видимого випромінювання еквівалентне нагріванню речо­вини до кількох тисяч градусів.

У процесі фотохімічної реакції кожен поглинутий фо­тон взаємодіє з однією молекулою. Якщо для розщеплення молекули потрібна енергія £\ то необхідно речовину осві­тити випромінюванням такої частоти v, щоб енергія одного фотона дорівнювала або була більшою за Е, тобто hx^E. Звідси випливає наявність граничної частоти для фотохі­мічних перетворень (як і у випадку фотоефекту) і стає зрозумілим, чому хімічно більш активними в випроміню­вання з великою частотою.

Прикладом реакції розщеплення молекул може слу­жити реакція розкладання світлом бромистого водню (HBr-f-fcv-vH-f Вг), бромистого срібла (AgBr-Mv-^Ag-f + Вг) і т. д.

Найбільш важливим для усього живого не Землі фото­хімічним процесом є засвоєння рослинами вуглекислого газу з повітря під дівю світла, який називається фото­синтезом. В листях рослин за допомогою хлорофілу (який надає їм зеленого забарвлення і служить каталізатором фотохімічних реакцій) під дією світла відбувається роз­щеплення молекул вуглекислоти. Це розщеплення супро­воджується подальшими складними перетвореннями, що приводять до утворення органічних речовин, з яких побудовані тіла всіх рослин і тварин.

286

З курсу загальної біології ви знаєте, що фотосинтез в складною окисно-відновлювальною реакцією, яку можна записати (без проміжних її ланок) у вигляді такого рів­няння:

У цьому процесі відбувається перетворення під впливом сонячного світла неорганічних речовин (вуглекислого газу і води) в органічні (вуглеводи) і супроводжується цей процес виділенням газоподібного кисню.

За наближеними підрахунками, наземні і водяні рос­лини земної кулі щороку виробляють за допомогою фото­синтезу близько 40 млрд. тонн органічних речовин і погли­нають близько 170 млрд. тонн вуглекислого газу. Непе­рервно виробляючи органічні речовини, звільняючи земну атмосферу від вуглекислого газу і поповнюючи її киснем, фотосинтез забезпечує умови, необхідні для існування життя на нашій планеті.

При всій грандіозності масштабів фотосинтезуючої діяльності зелених рослин лише незначна частина енергії сонячного світла, яка поглинається рослиною, використо­вується безпосередньо для фотосинтезу. Ця частка зви­чайно не перевищує 5 %. Одним з ефективних шляхів підвищення урожайності сільськогосподарських культур є збільшення інтенсивності фотосинтезу (підвищення коефіцієнта використання енергії сонячного світла). З цією метою здійснюють посилене підживлення рослин вугле­кислотою, проточний метод кореневого живлення тощо.

На використанні хімічних перетворень речовин під дією світла грунтується фотографія. При фотографуванні на світлочутливий шар пластинки проектується за допомогою об'єктива фотоапарата зображення предмета. Світлочут­ливий шар фотопластинки складається з маленьких крис­таликів бромистого срібла (AgBr), вкрапленого в жела­тину. Поглинаючи фотон, молекула бромистого срібла розщеплюється і виділяються вільні атоми срібла. Коли правильна експозиція (освітлення пластинки), кількість атомів срібла, яка виділяється в даному елементі пластинки, буде пропорційна її освітленості. Срібла виділяється так мало, що помітити його в звичайних умовах зовсім не можна, тому одержане на пластинці зображення називає­ться прихованим.

Проявлення зображення полягає в тому, що фото­пластинка піддається дії реактивів, під впливом яких

287

відбувається подальше виділення срібла лише в тих кри­сталиках бромистого срібла, де під дією світла розпалася хоча б одна молекула AgBr. Кристалики, які містять мо­лекули AgBr, що не розпалися, не реагують з проявником. Це означав, що під час проявлення сильніше чорніють ті місця пластинки, на які падало більше світла при фотогра­фуванні. Після того, як потрібне почорніння досягнуте (одержане негативне зображення), необхідно захистити пластинку від подальших можливих змін. Для цього її промивають у розчині гіпосульфату, в якому розчиня­ються всі солі срібла, що не встигли, розкластися. Цим подальші зміни в пластинці виключаються, зображення виявляється закріпленим.

Щоб одержати фотографію, під негатив кладуть світло­чутливий папір (фотопапір) і спрямовують на нього світло. Потім зображення на папері аналогічно проявляють і закріплюють. Так дістають позитивне зображення.

На закінчення підкреслимо, що зір також пояснюється особливими фотохімічними процесами, які відбуваються в сітківці ока.

? 1. Поясніть фотохімічні реакції з точки зору квантової теорії світла. 2. У чому полягає процес фотосинтезу? Які перетворення енергії при цьому відбуваються? 3. Який вид випромінювання більш ефективний для здійснення фотохімічних реакцій?