Химическое действие света. Наблюдение сплошного и линейчатого спектров - АТОМНАЯ ФИЗИКА - КВАНТОВАЯ ФИЗИКА

Ход урока

I. Материал по химическому действию света сравнительно невелик, поэтому его можно соединить с кратковременной лабораторной работой по наблюдению спектров.

II. Изложение нового материала.

Под действием излучения происходят многие химические реакции. Одни из них приводят к образованию молекул, другие, наоборот, к разрушению молекул. Например, бромид серебра (AgBr) под действием света разлагается на серебро и бром. Часто после расщепления некоторых молекул светом начинается целая цепочка химических превращений. Таким образом происходит выцветание красок тканей под действием солнечных лучей, образование загара на коже человека.

Для химических реакций, происходящих под действием света, экспериментально установлены две закономерности:

1. Масса прореагировавшего вещества пропорциональна энергии поглощённого света.

2. Свет с частотой, меньшей некоторой определённой частоты, не вызывает данную химическую реакцию. Существует красная граница каждой фотохимической реакции; для разных реакций она различна.

Эти закономерности аналогичны законам фотоэффекта. Как и в случае фотоэффекта, классическая физика не смогла объяснить происхождение красной границы фотохимической реакции.

Квантовая физика даёт такое объяснение.

Атомы и молекулы представляют собой системы микрочастиц. Энергия систем принимает дискретные значения; дискретные значения имеет и энергия, поглощаемая при распаде или образовании системы. Если энергия фотона недостаточна для расщепления молекулы на атомы, то химическая реакция, сопровождающаяся разрушением молекул, не пойдёт. В других случаях реакция синтеза не пойдёт, если энергия фотона недостаточна для образования новых молекул. Во время рассказа учитель показывает опыт по наблюдению действия света на фотобумагу. Лист фотобумаги, смоченный в проявителе, располагают вертикально и половину освещают через синий светофильтр белым светом. Опыт проводят при свете красного фонаря. Освещённая синим светом половина листа фотобумаги чернеет, а освещённая красным не изменяется. Вывод: химическая реакция идёт под действием света определённой длины волны.

Следующий опыт иллюстрирует зависимость массы прореагировавшего вещества от энергии света. На лист смоченной в проявителе бумаги быстро кладут плоский предмет (ключ и т. д.) и освещают сильным источником света. После этого предмет убирают и рассматривают оставшееся изображение при обычном свете (комната слегка затемняется). С течением времени изображение исчезает. Разъясняется, что в разных местах бумаги масса прореагировавшего светочувствительного вещества была разная, а после того как предмет убрали, энергия для реакции продолжала поступать со светом и прореагировало всё вещество.

III. Далее следует рассмотреть значение фотохимических реакций синтеза в зелёных растениях для жизни на Земле. Решают задачи.

1. Активация (химическое превращение) молекулы наступает при энергии 2 ∙ 10^-19 Дж. Произойдёт ли распад молекулы на атомы, если молекула поглотила фотон излучения длиной волны 300 нм?

2. В результате фотосинтеза в течение года на Земле образуется 3 ∙ 10^-11 т связанного углерода, в котором запасается энергия, равная 1,26 ∙ 10²² Дж. Сколько потребовалось бы времени для выработки такой энергии всеми электростанциями России? (Справочник, с. 153.)

Обсуждают вопросы: почему выцветание красок происходит главным образом от лучей, цвет которых является дополнительным к цвету краски? Почему при горении кварцевых ламп чувствуется запах озона?

IV. Выполнение лабораторной работы осуществляется по инструкции учебника.

V. Домашнее задание: § 72 (часть); задание для индивидуального выполнения.

Для ионизации атома кислорода необходима энергия 14 эВ. Вызывает ли эту ионизацию видимое световое излучение?