Dərslik respublikanın universitetlərinin fizika fakültələrinin tələbələri üçün "Atom fizikası"
Ё16. Cazibə sahəsində fotonun hərəkəti
Download 18.1 Mb. Pdf ko'rish
|
- Bu sahifa navigatsiya:
- Ё17. İşığın kimyəvi təsiri
|
Ё16. Cazibə sahəsində fotonun hərəkəti
Foton nəzəriyyəsi baxımından cazibə sahəsində işığın tezliyinin dəyiş sının əyilməsini də izah etmək olar. Bu məqsədlə enerjinin saxlanması qanunundan və fotonun enerjisi ilə tezliyi arasında E=ħ ω münasibətindən istifadə edəcəyik. Nisbilik nəzəriyyəsinə görə məlumdur ki, enerji ilə kütlə arasında E=mc 2 əlaqəsi vardır və özü də ətalət kütləsi qravitasiya kütləsinə bərabərdir. Bu müd sabit cazibə (qravitasiya) sahəsində yayılan
ə malik olan məhdud işıq də tətbiq edək. Bu qravitasiya sahəsinin potensialı ) (rr ϕ fəzada dəyişə bilər. İşıq 2
= qravitasiya 97
kütləsinə malik olduğundan, cazibə sahəsi işıq yayılarkən onun üzərində iş görür. Belə ki, işıq qravitasiya potensialı ϕ olan nöqtədən qravitasiya potensialı ϕ +d ϕ olan nöqtəyə keçdikdə işığın enerjisinin dəyişməsi ϕ ϕ d c E Gmd dE 2 − = − =
(16.1) olar. Burada G–ümumdünya cazibə sabitidir. (16.1) ifadəsini1 nöqtəsindən 2 nöqtəsinə hərəkət üçün inteqrallayaraq ) (
2 1 2 1 2 ϕ ϕ − = c G E E .
(16.2) alarıq. (16.2) ifadəsi ümumi xarakter daşıyır, yəni o, həm klassik fizikada və həm də kvant fizikasında doğrudur. (16.2) ifadəsində hələlik heç bir kvant fərziyyəsi yoxdur. Lakin enerji ilə tezlik arasında kvant nəzəriyyəsindən məlum olan münasibəti nəzərə alsaq tezliklərin nisbətini tapmaq olar. Doğrudan da, işıq dəstəsinin yalnız bir dənə fotondan ibarət olduğunu fərz etsək və fotonun enerjisinin E=ħ ω olduğunu nəzərə alsaq (16.2) ifadəsindən ) ( ln 2 1 2 1 2 ϕ ϕ ω ω − = c G
(16.3) yaza bilərik. Göründüyü kimi, son ifadədə Plank sabiti yoxdur, yəni son nəticə Plank sab in düsturu Yer şəraitində də yoxlamışlar. Onların təcrübəsində Yerin cazibə sah əsi kimi görünsə də, mahiyyətcə klassik fizika təsə yir. Məhz buna görə də işıq şüası Günəşin yanından keçdikdə onun mərkəzinə doğru itinin ədədi qiymətindən asılı deyildir. Kvant nəzəriyyəsindən alınan nəticə klassik fizikanın uyğun nəticəsi ilə üst-üstə düşdüyü bütün hallarda məhz belə olmalıdır. (16.3) ifadəsi cazibə sahəsində işığın tezliyinin necə dəyişməsini müəyyən edir. Bu düstur ilk dəfə ulduzların cazibə sahəsində spektral xətlərin sürüşməsinə əsaslanmaqla astronomiyada yoxlanmışdır. Messbauer effektindən istifadə etməklə 1960-cı ildə Paund və Rebke həm əsində işığın şaquli istiqamətdə 19,6
ölçülmüşdür. İndi isə cazibə sahəsində işıq şüasının əyilməsinin necə təyin olunduğuna baxaq. Bu məsələ ilk dəfə 1911-ci ildə Eynşteyn tərəfindən qoyulmuş və ümumi nisbilik nəzəriyyəsi yaranmamışdan qabaq cazibə sahəsi ilə təcilli hərəkətin ekvivalentliyi prinsipinə əsaslanmaqla həll edilmişdir. Lakin həmin məsələnin tam həlli yalnız ümumi nisbilik nəzəriyyəsi çərçivəsi daxilində mümkündür. Bizim aşağıda nəzərdən keçirəcəyimiz mülahizələr formaca kvant nəzəriyy vvürlərinə əsaslanır və ümumi nisbilik nəzəriyyəsinin verdiyi nəticədən yalnız sabit vuruqla fərqlənən nəticəyə gətirir. Fərz edək ki, foton Günəşin və ya
cazibə sahəsi olmasaydı bu foton düzxətli hərəkət edərdi. Foton m ətalət kütləsinə malikdir və ekvivalentlik prinsipinə görə ətalət kütləsi həmişə qravitasiya kütləsinə bərabərdirsə bu, fotonun relyativistik kütləsidir, çünki onun sükunət kütləsi yoxdur. Ona görə də fotona Günəşin mərkəzinə doğru yönəlmiş GMm/R 2 ümumdünya cazibə qüvvəsi təsir edəcəkdir. Burada R – Günəşin mərkəzindən fotona qədər olan məsafədir. Bu qüvvənin tangensial toplananının təsiri nəticəsində, yuxarıda göstərdiyimiz kimi, işığın tezliyi dəyişir. Həmin qüvvənin normal toplananı isə fotonun trayektoriyasını, yəni şüanı ə
98 99 əyilməlidir (meyl etməlidir). İşıq şüasının bu meyl bucağını hesablayaq. Cazibə sahəsi olmadıqda şüa AB düz xətti boyunca yönəlmiş olardı (şəkil 16.1). Sadəlik naminə belə hesab edəcəyik ki, cazibə sahəsində şüa AB düz xəttindən çox az fərqlənir. Cazibə sahəsində şüanın meyl bucağının tapılması bütün hərəkət müddəti ərzində fotona təsir edən F n normal qüvvənin ∫F
fotonun həqiqi trayektoriyası boyunca hesablanmalıdır. Lakin baxılan halda həyəcanlaşma metodunu tətbiq etmək, yəni inteqralı hesablayarkən fotonun həqiqi trayektoriyasını ondan çox az fərqlənən həyəcanlanmamış düzxətli AB trayektoriyası ilə əvəz etmək olar. Fərz edək ki, həyəcanlanmamış şüa Günəşin kənarına toxunaraq keçir. Onda 16.1 şəklindən göründüyü kimi, θ θ
2 2 cos cos r Mm G R Mm G F n = = , θ θ θ d r dx rtg x 2 cos , = = ifadələrini yazmaq olar. Burada r – Günəşin radiusudur. Deməli, ∫ ∫
+ − = = = 2 2 2 cos π π θ θ cr GMm d cr GMm c dx F dt F n n (16.4) bu qüvvə impulsu fotonun impulsunun dəyişməsinə bərabər olmalıdır. Baxılan halda fotonun impulsunun ədədi qiyməti sabit qalır, yalnız istiqaməti dəyişir. Fotonun impulsunun istiqamətinin bu dəyişməsi kiçik α bucağı qədər olsa, onda impulsun dəyişməsi mc α kimi təyin olunar. Onda α mc cr GMm = 2 və ya r c GM 2 2 = α
(16.5) alırıq. Aydındır ki, (16.5) düsturu ilə təyin olunan α bucağı fotonun hərəkət trayektoriyasının, yəni işıq şüasının meyl bucağına bərabərdir. Qeyd edək ki, ümumi nisbilik nəzəriyyəsi bu meyl bucağı üçün 2 dəfə çox olan qiymət verir. r c GM 2 4 = Φ
(16.6) Bu düsturdan Günəş üçün Φ=1,75
′′ qiyməti alınır ki, bu da təcrübədən tapılmış qiymətə uyğun gəlir.
Ё17. İşığın kimyəvi təsiri
Fotokimya hadisələri, yəni işığın təsiri altında baş verən kimyəvi reaksiyalar da işığın foton nəzəriyyəsinə əsaslanmaqla izah oluna bilər. Doğrudan da, reaksiya işığın müəyyən minimum tezliyində baş verir və reaksiyanın baş verməsi üçün molekul həmin tezlikli enerji kvantını (fotonu) udmalıdır. İşığın təsiri ilə kimyəvi çevrilmələr hələ XVIII əsrdə məlum idi və o vaxtdan etibarən sistematik olaraq elmi baxımdan tədqiq edilir. Fotokimyəvi çevrilmələr çox müxtəlifdir. Məsələn, işığın təsiri nəticəsində maddənin polimerləşməsi, yəni ilkin məhsulun molekul və ya atomlarından təşkil olunmuş iri kompleks molekulların əmələ gəlməsi mümkündür. Buna misal olaraq işığın təsiri altında sarı rəngli fosforun qırmızı fosfora çevrilməsini
99
göstərmək olar. Fosforun qırmızı modifikasiyası sarı fosfordan bir sıra fiziki və kimyəvi xassələrinə görə fərqlənir. Sarı fosforu qısa dalğa uzunluğuna malik olan işıqla uzun müddət işıqlandırdıqda o, qırmızı fosfora çevrilir. Maraqlıdır ki, fosforun polimerləşməsini işığın təsiri olmadan, məsələn, qızdırmaq yolu ilə və ya müəyyən kimyəvi reaksiyalar nəticəsində də almaq olar. İşığın təsiri ilə, polimerləşmənin əksinə olaraq, mürəkkəb molekulların öz tərkib hissələrinə ayrılması da müşahidə olunur. Məsələn, ammonyakın (NH 3 ) azot və hidrogenə, gümüş bromidin (AgBr) gümüş və broma ayrılması işığın təsiri ilə baş verə bilər. Bundan başqa işığın təsiri ilə mürəkkəb molekulların yaranması da baş verir. Məsələn, xlor və hidrogen qazlarının (Cl 2 və H 2 ) qarışığını işıqlandırdıqda partlayışla müşayiət olunan dərəcədə sürətlə gedən reaksiya nəticəsində hidrogen xlorid (HCl) molekulunun yaranmasını buna misal göstərmək olar. Fotokimyəvi reaksiyalardakı elementar proses, maddənin molekulu tərəfindən düşən işıq fotonunun udulmasından və işığı udmuş molekulun kimyəvi çevrilməsindən ibarət olur. Fotokimyəvi proseslər zamanı ən fəal olan qısa dalğalı göy, bənövşəyi şüalardır. Bunun də səbəbi aydındır: Həmin şüaların fotonlarının enerjisi daha çoxdur. Bir çox fotokimyəvi reaksiyalar təbiətdə və texnikada çox mühüm rol oynayır. Bitkilərin yaşıl hissəsində işığın təsiri altında karbon turşusunun fotokimyəvi parçalanması daha mühüm əhəmiyyət kəsb edir. Bu reaksiya Yer planetində üzvi həyatın uzun müddət mövcud olmasının əsas səbəblərindən olan prosesi, yəni karbonun dövr etməsi prosesini təmin etdiyi üçün çox böyük əhəmiyyət kəsb edir. Heyvanların və bitkilərin tənəffüsü nəticəsində fasiləsiz olaraq karbonun oksidləşməsi baş verir, yəni CO 2 qazı yaranır. Karbonun ayrılması və onun orqanizm tərəfindən mənimsənilməsi üçün yararlı formaya çevrilməsi kimi tərs proseslər isə fotokimyəvi proseslərdir. İşığın təsiri ilə ali bitkilərdə və təkhüceyrəli orqanizmlərdə karbon turşusu aşağıdakı sxem üzrə əmələ gəlir: 2H 2 O + CO 2 + mh ν → CH
2 O +H
2 O + O
2
(17.1) sonra isə CH 2 O qarışqa aldehidi polimerləşərək n(CH 2 O)
→ C n H 2n O n molekullarının, yəni karbohidratların yaranmasına səbəb olur. Karbohidratlara bir sıra şəkərlər də aiddir ki, onlar sonrakı çevrilmələrdə nişasta və bitki toxumalarını təşkil edən digər mühüm birləşmələr verə bilər. Bu növ fotosintez mürəkkəb molekulyar komplekslərdə baş verir və bir sıra ardıcıl, lakin hələlik tam aydın olmayan proseslərdən ibarətdir. İşığın bilavasitə iştirak etdiyi ilkin proses (fotosintezin işıq mərhələsi) fotonun piqmentlərdə (xlorofil və s.) udulmasından ibarətdir. Həyəcanlanma enerjisi molekulyar zəncir boyunca yayılaraq (eksitonlar) bir sıra kimyəvi reaksiyaların baş verməsinə səbəb olur (fotosintezin qaranlıq mərhələsi). CO 2 molekulunun parçalanma enerjisi 110 kkal/mol (yəni, hər molekul üçün 5 eV) olduğundan bir dənə CH 2 O molekulunun fotosintezi üçün dalğa uzunluğu 700 nm olan ən azı üç dənə foton tələb olunur ki, bu da xlorofilin maksimal udmasına uyğun gəlir. Beləliklə, aydın olur ki, fotosintez doğrudan da çoxpilləli prosesdir. Həqiqətdə isə udulan fotonların sayı daha çox və bəzi hallarda səkkizdən də artıq olur. Bir sıra bitkilərdə digər fotokimyəvi reaksiyalar baş verir. Məsələn, bəzi bakteriyalar üçün oksigen zəhərləyici təsir göstərdiyindən su əvəzinə aşağıdakı sxem üzrə hidrogen sulfid (H 2 S) istifadə olunur: 2H 2 S + CO 2 + mh ν
2 O + H
2 O + 2S
(17.2) Bu reaksiya nəticəsində qarışqa aldehidi və kükürd ayrılır. Azotun fotokimyəvi ayrılması
100
da təbiətdə böyük rol oynayır. Artıq çoxdan başa düşmüşlər ki, işığın kimyəvi təsiri onun udulması ilə əlaqədardır və yalnız udulan işıq kimyəvi təsir yarada bilər. Senabye (1782), Bunzen və Rosko (1855) və digər alimlərin apardığı tədqiqatlar nəticəsində müəyyən edilmişdir ki, fotkimyəvi reaksiya verən maddənin miqdarı Q, udulan Φ
udulan işıq enerjisi ilə düz mütənasibdir:
Φ
Burada k mütənasiblik əmsalı olub, baş verən fotokimyəvi reaksiyanın təbiətindən asılıdır. Beləliklə, k əmsalının ədədi qiyməti udulan hər vahid işıq enerjisinə (məsələn, 1 Coula) düşən fotokimyəvi reaksiya verən maddə miqdarını təyin edir. (17.3) ifadəsi fotokimyanın əsas qanunu adlanır. Fotokimyəvi proseslərin kəmiyyətcə tədqiqi belə bir faktla əlaqədar olaraq xeyli çətinləşir ki, işığın təsiri ilə baş verən ilkin proses sırf kimyəvi xarakter daşıyan çoxlu sayda əlavə (ikinci) reaksiyalarla müşayiət olunur. Aydındır ki, yalnız ilkin proses udulan işığın enerjisi hesabına baş verir; sonrakı bütün əlavə (ikinci) proseslərdə baş verən çevrilmələr kimyəvi çevrilmələrdir, yəni atomların qarşılıqlı yerləşməsinin və deməli, sistemin daxili enerjisinin dəyişməsi ilə əlaqədar olan çevrilmələrdir. Əlavə proseslərin mövcudluğu müxtəlif fotokimyəvi proseslərin sürətlərinin müxtəlif olmasını, yəni bir reaksiyadan digərinə keçdikdə (17.3) ifadəsindəki k mütənasiblik əmsalının qiymətinin min və hətta yüz min dəfələrlə dəyişməsini başa düşməyə imkan verir. İşığın təsirini fərqləndirən qanunauyğunluqları, əlbəttə, fotokimyəvi proses adlandırılan ilkin prosesdə axtarmaq lazımdır. 1905-ci ildə işıq kvantları hipotezini irəli sürən Eynşteyn fotokimyəvi (ilkin) proseslər üçün çox sadə olan belə bir qanun təklif etmişdir: hər bir udulan h ν kvantına işığı udan bir dənə molekulun çevrilməsi uyğun gəlir. Bu, bəzən ekvivalentlik qanunu da adlanır. Bu qanunun təcrübədə yoxlanması yalnız elə reaksiyalar üçün mümkündür ki, həmin reaksiyalarda ilkin və əlavə (ikinci) prosesləri bir- birindən ayırmaq mümkün olsun və ya əlavə proseslər heç baş verməsin. Təbiidir ki, sürətlə gedən resaksiyalarda əlavə proseslərin rolu daha böyükdür. Məsələn, hidrogen xloridin (HCl) partlayışla gedən yaranması prosesində ilkin proses yalnız xlorun parçalanmasından ibarətdir. Məlumdur ki, hidrogen (H 2 ) və xlor (Cl 2 ) qazlarının qarışığı qaranlıqda uzun müddət qala bilir. Lakin bu qarışığın kifayət qədər yüksək tezlikli işıqla, hətta zəif işıqlandırılması zamanı partlayış baş verir. Bunun səbəbi əlavə proseslər ardıcıllığının yaranmasıdır. Hidrogen molekulu (H 2 ) fotonu udaraq dissosiasiyaya uğraya bilər (ilkin reaksiya): H 2 + h ν
→ H + H
(17.4) Lakin atomar hidrogen molekulyar hidrogendən xeyli fəal olduğu üçün bu reaksiyadan dərhal sonra ikinci reaksiya baş verir: H + Cl
2 = HCl + Cl
Beləliklə, H və Cl atomları ayrılır və onlar Cl 2 və H 2 molekulları ilə qarşılıqlı təsirdə olur və s. H
+ Cl = HCl + H
(17.6) Beləliklə, az miqdarda fotonun udulması ilə bir dəfə həyəcanlanan reaksiya çox böyük sürətlə (yəni, partlayış şəklində) davam edir. Bu zəncirvari reaksiyanı aşağıdakı kimi də yazmaq olar:
101 Cl 2 + h ν
→ Cl + Cl
(17.7) ilkin proses Cl + H 2 = HCl + H (17.8) əlavə proseslər H + Cl
2 = HCl + Cl və s. Belə zəncirvari reaksiyalarda zəncir çox uzun (milyonlarla həlqədən ibarət) ola bilər. Lakin hər hansı təsadüfi aşqar və ya qabın divarı ayrılmış hidrogeni (və ya xloru) zəbt edərsə, zəncir qırılır və reaksiya dayanır. Qarışığa xlor və ya hidrogen atomlarını hərisliklə zəbt edən hər hansı maddə əlavə etməklə, zəncirvari reaksiyanın inkişafını süni surətdə ləngitmək olar. Bu cür akseptor maddənin tətbiq olunması reaksiyanın yavaş templə (kiçik sürətlə), yəni partlayışsız getməsinə imkan verir. Əlavə proseslərin bu qayda ilə aradan qaldırılması və ya əlavə proseslərlə mürəkkəbləşməyən reaksiyaların öyrənilməsi nəticəsində yuxarıda qeyd olunan Eynşteyn qanununu təcrübədə yoxlamış və onun doğru olduğunu göstərmişlər. Udulan monoxromatik işığın ( ν tezliyinin) enerjisinin və fotokimyəvi reaksiya verən maddənin miqdarının ölçülməsini tələb edən belə etibarlı təcrübələr 1916-cı ildə Varburq tərəfindən aparılmışdır. O, işığın təsiri ilə hidrogen bromidin (HBr) parçalanması reaksiyasını öyrənmişdir. Ölçmələr göstərdi ki, udulan işığın hər bir kvantı bir dənə HBr molekulunu parçalayır, yəni reaksiya 2HBr + 2h ν = H 2 + Br
2
(17.9) tənliyinə uyğun surətdə baş verir. Foton nəzəriyyəsinə görə aydındır ki, işığın udulması kimyəvi çevrilmə üçün çox mühüm stimul (rəhn) ola bilər. Doğrudan da, molekul tərəfindən fotonun udulması bu molekula, kT h 2 3 = ν bərabərliyinə uyğun olaraq, on minlərlə dərəcə temperaturda istilik hərəkətinin orta kinetik enerjisinə ekvivalent olan çox böyük miqdar enerji verir. Aydındır ki, kiçik dalğa uzunluğuna malik olan işıq daha kimyəvi fəal olmalıdır. Eynşteyn qanununa görə bir fotonun udulması bir dənə molekulun çevrilməsinə səbəb olduğundan, ilkin proses (məsələn, işığı udan molekulun dissosiasiyası) üçün tələb olunan
ν kəmiyyətinə uyğun olan dalğalar yalnız fəal ola bilər. Eyni zamanda bir molekul tərəfindən iki və daha çox fotonun udulması ehtimalı çox kiçik olduğundan fəal işığın limit tezliyini təyin edən şərt h ν
≥ D
kimi yazıla bilər. Bu şərt və Eynşteynin yuxarıda göstərilən ekvivalentlik qanunu işığın intensivliyi nisbətən kiçik olan hallarda doğrudur. İşıqlanma kifayət qədər böyük olduqda vəziyyət əsaslı şəkildə dəyişir, yəni eyni zamanda iki, üç və daha çox sayda fotonların udulması baş verir. Bunun da nəticəsində tələb olunan D aktivləşmə enerjisi bir neçə foton tərəfindən verilir və (17.10) şərti təcrübəyə uyğun gəlmir. Qeyd edək ki, eyni bir molekul tərəfindən bir neçə fotonun ardıcıl udulması da buna bənzər nəticəyə gətirir. Doğrudan da, fərz edək ki, bir fotonun udulması nəticəsində molekul müəyyən həyəcanlanmış hala keçmişdir və özü də bu fotonun enerjisi aktivləşmə enerjisindən kiçikdir, yəni reaksiya baş verə bilməz. Əgər fotonlar seli kifayət qədər böyükdürsə, onda həyəcanlanmış halda olduğu müddət ərzində molekul daha bir foton udmağa "macal" tapır və enerjisi yüksək olan növbəti hala keçir və s. Bir çox molekullar (məsələn, CO 2 ,
6 , BCl
3 və s.) üçün onlarla sayda infraqırmızı fotonların ( λ =10 mkm) ardıcıl udulması və nəticədə hətta molekulun dissosiasiyası müşahidə edilmişdir. Molekulların çoxfotonlu həyəcanlanması çox güclü şüalanma (10 MVt/sm 2 və daha 102
çox) tələb edir və yalnız lazerlər yaradılandan sonra mümkün olmuşdur. Lazer şüalarının monoxromatik olması fotokimyəvi reaksiyaları hətta müəyyən dərəcədə idarə etməyə də imkan verir. Çünki bir çox reaksiyaların getməsi üçün molekulun hər hansı bir sərbəstlik dərəcəsini və ya sərbəstlik dərəcələri qrupunu həyəcanlandırmaq lazım gəlir. Qızdırmaqla həyəcanlandırdıqda enerjinin sərbəstlik dərəcələrinə görə bərabər paylanması qanununa görə bütün sərbəstlik dərəcələri həyəcanlanır. Bunun əksinə olaraq, monoxromatik şüa ilə işıqlandırma məhz bizi maraqlandıran kimyəvi reaksiya üçün fəal olan sərbəstlik dərəcəsini həyəcanlandırmağa imkan verir. Bu üsuldan istifadə edərək, kiçik aktivləşmə enerjisi tələb edən reaksiyaların olması nəticəsində qızdırmaq yolu ilə baş verməyən reaksiyaları həyata keçirmək olar. Reaksiya verən işığın intensivliyini dəyişməklə kimyəvi proseslərin getməsi sürətinə nəzarət etmək olar və s. İdarə oluna bilən kimyəvi reaksiyaların həyata keçirilməsi isə kimya texnologiyasında çox mühüm əhəmiyyət kəsb edir. Yuxarıda qeyd etdiyimiz kimi, (17.10) şərti ödəndikdə ilkin fotokimyəvi reaksiya mümkündür. Bunun üçün isə molekul həmin şərti ödəyən ν tezlikli işığı udmalıdır. Əgər ν tezliyi udma zolağından kənarda yerləşirsə nə udma, nə də fotokimyəvi reaksiya baş verməyəcəkdir. Lakin belə olan halda, tədqiq olunan maddəyə udma zolağına ν tezliyi də daxil olan digər maddəni əlavə etməklə, fotokimyəvi parçalanma prosesini həyata keçirmək olar. Belə ki, h ν fotonu bu ikinci maddənin (sensibilizatorun) molekulu tərəfindən udulur və bu molekul öz ehtiyat enerjisini tədqiq olunan maddənin molekulu ilə toqquşarkən ona verir. Bu növ reaksiyalar sensibilizə olunmuş fotokimyəvi reaksiyalar adlanır. Belə reaksiyaların getməsi üçün parçalanmalı olan maddənin molekulu ilə həyəcanlanmış sensibilizator molekulunun toqquşması sensibilizator molekulunun aldığı əlavə enerjini şüalanma (flüorossensiya) və ya hər hansı yolla itirməsindən qabaq baş verməlidir. Ona görə də sensibilizatorun təsir etməsi üçün zəruri şərt onun molekulları ilə tədqiq olunan maddənin molekullarının kifayət qədər tez-tez toqquşmaq imkanının olmasından ibarətdir. Məsələn, reaksiya qazda baş verirsə, təzyiqi kifayət qədər artırmaqla buna nail olmaq mümkündür. Belə prosesə misal olaraq dalğa uzunluğu λ =253,7 nm olan işığın təsiri altında hidrogen və oksigendən hidrogen peroksidin (H 2 O 2 ) alınmasını göstərmək olar. Belə işıq nə hidrogen, nə də oksigen tərəfindən udulmur və onların qarışığında heç bir dəyişiklik törədə bilməz. Lakin hidrogen və oksigenin qaz qarışığı olan qaba bu dalğa uzunluğuna malik olan işığı çox yaxşı udan civə buxarı daxil etdikdə aşağıdakı sxem üzrə reaksiya baş verir: Hg + h ν = Hg* Hg* + H 2 = HgH + H və ya Hg* + H 2 = Hg + 2H Burada Hg* – həyəcanlanmış civə atomunu işarə edir. Sonra isə hidrogen atomlarının oksigenlə reaksiyaya girməsi nəticəsində H 2 O
əmələ gəlir. Sensibilizatorların iştirakı ilə reaksiyalar geniş yayılmışdır. Məsələn, karbonun assimlyasiya (mənimsənilmə) prosesi bitkilərin bütün yaşıl hissələrinin tərkibinə daxil olan xlorofilin sensibilizator rolu oynadığı fotokimyəvi reaksiyadır. Bundan başqa fotoqrafiya texnikasında da sensibilizatorlardan geniş istifadə olunur. Texniki cəhətdən ən əhəmiyyətli olan fotokimyəvi reaksiya fotolövhənin və ya fotolentin işığa həssas olan təbəqəsində gedən reaksiyadır.
103 Hələ 1839-cu ildə müəyyən edilmişdir ki, üzəri gümüş yodid ilə örtülmüş metal lövhə işığın təsirindən dəyişilir. Həmin lövhəyə civə buxarı ilə təsir edilərsə, lövhənin işıq təsir etmiş yerlərində civə, lövhəyə çökür, işıq təsir etməmiş yerləri isə olduğu kimi qalır. Gümüş yodidi hiposulfatda həll edərkən parlaq lövhənin işıq təsir etmiş yerlərində ağ civə amalqaması alınır (amalqama – civə ilə bəzi metalların qatışığına deyilir). Belə bir lövhəyə müəyyən bucaq altında baxarkən cismin xəyalını görmək olur. Hal-hazırda işığa həssas olan fotoqrafiya lövhələrini, üzəri gümüş bromidin jelatin (yapışqanlı maddə) içərisindəki emulsiyası ilə örtülmüş şüşədən və sellüloiddən hazırlayırlar. Bu emulsiya quruyarkən işığa daha çox həssas olur. Müasir şəkilçəkmə üsullarına əsasən gecə vaxtı küçə işığında dərhal şəkil çəkmək mümkündür. Quru gümüş bromidli lövhəni fotoaparatın içərisində qaranlıqda yerləşdirərək obyektiv vasitəsilə onun üzərində cismin həqiqi xəyalını alırlar. Bundan başqa lövhəni, ona az təsir edən zəif qırmızı işıqla işıqlandırılmış otaqda fotoaparatdan çıxarsaq, onun üzərində nəzərə çarpacaq bir dəyişiklik baş vermir. Əgər lövhəni aşkarlayıcı məhlul içərisinə (hidroxinon, metol və s.) daxil etsək, lövhənin işıq təsir etmiş yerlərinin qaraldığını görərik. Lövhənin çox işıqlanmış yerləri daha çox qara olur. Lövhənin işıqlanmamış yerləri isə dəyişilmir, bu yerlərdə rəngsiz gümüş bromid olduğu kimi qalır. Aşkarlama nəticəsində neqativ alınır. Neqativdəki işıqlı yerlər şəkli çəkilən cismin tutqun yerlərinə, qara yerlər isə bu cismin işıqlı yerlərinə uyğun gəlir. Lövhədə alınmış xəyalın sonradan işığın təsiri ilə dəyişilməməsi üçün aşkarlanmış şəkil hiposulfit (Na 2 S
O 3 ) məhlulunun içərisinə salınır ki, burada aşkarlama zamanı parçalanmaya uğramamış gümüş bromid həll olunur. Neqativ suda yuyulduqdan sonra qurudulur. Bunun üçün neqativin altına işığa həssas müəyyən tərkibli gümüş təbəqəsi ilə örtülmüş bir vərəq kağız (fotokağız) qoyulur və neqativi işıqlandırırlar. Sonra fotokağızın aşkarlanması nəticəsində neqativin neqativi, yəni pozitiv alınır ki, bu da şəkli çəkilən obyektin işıqlı yeri işıqlı, qaranlıq yeri isə qaranlıq olan xəyalıdır. Pozitivi də neqativ kimi müəyyən kimyəvi məhlulla bərkidir və sonra su ilə yuyaraq qurudurlar. Pozitiv almaq üsulları çox müxtəlifdir. Bəzən neqativi işıqlandırarkən fotokağızda elə xəyal alınır ki, sonradan onu aşkarlamağa ehtiyac qalmır. Müasir dövrdə fotokimya texnikası yüksək dərəcədə inkişaf etmişdir. Şəkli təbii rəngində almaq (rəngli foto), infraqırmızı şüalar vasitəsilə qaranlıqda şəkil çəkmək mümkündür. Göründüyü kimi, fotoqrafiyada da ilkin fotokimyəvi proses və əlavə kimyəvi reaksiyalar baş verir. Belə ki, fotoqrafiya prosesi fotolövhənin və fotolentin işığa həssas təbəqəsinin işıqlandırılmasından və onun sonrakı kimyəvi işlənməsindən (aşkarlanmasından) ibarətdir. İşığın təsiri ilə fotolövhədə və ya fotolentdə baş verən ilkin fotokimyəvi prosesin nəticəsi gümüş bromidin parçalanmasından ibarətdir. Özü də bu zaman metal gümüş xırda hissəciklər şəklində ayrılır və gizli xəyal əmələ gətirir. Bu gizli xəyalın alınması səbəbi uzun müddət anlaşılmaz qalmışdır. Məlum idi ki, gizli xəyal uzun müddət (illərlə) dəyişməz qalır və aşkarlamadan sonra şəkli çəkilən obyektin ən xırda detallarını verə bilir. Beləliklə, gizli xəyal bilavasitə müşahidə oluna bilmirsə də, həddən artıq davamlıdır. Müasir təsəvvürlərə görə gizli xəyalın alınması prosesini aşağıdakı kimi təsvir etmək olar. İşığa həssas təbəqəni təşkil edən gümüş duzlarının tərkibinə gümüş ionları daxildir. İşığın təsiri nəticəsində fotoeffekt baş verir ki, bunun da nəticəsində azad olunan elektronlar müsbət gümüş ionlarına birləşir və onlar neytral gümüş atomlarına çevrilir. Ayrı-ayrı atomlar və ya xırda kolloidlər şəklində metal gümüş isə gizli xəyalı təşkil edir.
104 Beləliklə, fotoqrafiya da tipik foton prosesidir və onun əsasını gümüş bromidin fotokimyəvi parçalanması reaksiyası təşkil edir. İşığın təsiri heç də həmişə qısa müddət ərzində olmur. İşığın uzunmüddətli kimyəvi təsirini biz rəngin solmasında görürük ki, bu da rəng maddəsinin əsasən fotokimyəvi oksidləşməsindən ibarətdir. Rəng yalnız işıq təsir etdiyi müddətdə solur. İşığın təsiri ilə rəngin dəyişməsi hadisələri insan və heyvanların gözündə baş verən və görmə hissinin yaranmasının əsasını təşkil edən bir çox proseslərin başa düşülməsi üçün də mühüm əhəmiyyət kəsb edir. Hal-hazırda bir çox fotokimyəvi reaksiyalar kimyəvi istehsalatda istifadə olunur və bilavasitə sənaye əhəmiyyəti kəsb edir.
Download 18.1 Mb. Do'stlaringiz bilan baham: 
|