Химия по жизни. Как устроен наш быт, отношения, предметы и вещи с точки зрения химических реакций, атомов и молекул

Оптические явления происходят тогда, когда молекулы в атмосфере подвергаются воздействию света с низкой энергией, например инфракрасного излучения (инфракрасное излучение – это самый слабый тип энергии, получаемой от Солнца). Несмотря на то, что инфракрасное излучение считается слабым, мы получаем его в ОГРОМНОМ количестве: оно превышает количество ультрафиолетового излучения в семь раз. К счастью, инфракрасное излучение недостаточно сильное, чтобы вызвать рак кожи (в отличие от ультрафиолетового).

Я уже рассказывала о том, что инфракрасное излучение было открыто в 1800 году Уильямом Гершелем. Думаю, теперь вы поймете происходящую там химию (в конце концов, это последняя глава книги). Если кто-то вдруг забыл, это открытие было сделано еще до того, как ученые обнаружили, что свет имеет форму частиц и представляет собой волну. Однако в данном случае форма волны очень важна. Инфракрасное изучение слишком большое и поэтому не опасно для человека, но в то же время оно довольно маленькое: длина волны составляет от 740 нм до 1 мм. Представьте острие иглы – вот такая по размеру волна у этого излучения. И поскольку этот тип энергии невидим для человеческого глаза, для обнаружения его теплового эффекта Гершелю пришлось использовать термометр и призму.

И хотя мы не замечаем этот свет без прибора ночного видения, мы можем почувствовать его в виде тела. Как я уже упоминала в главе про выпечку, энергия инфракрасного излучения представляет собой обычную тепловую энергию; именно поэтому мы используем ее в наших духовках.

Как и при выпечке, когда молекулы взаимодействуют с инфракрасным излучением, они поглощают энергию и начинают вибрировать. Если кто-то, например, внезапно обольет вас водой, вы подпрыгнете от неожиданности. Именно это и происходит с некоторыми молекулами, которые взаимодействуют с инфракрасным излучением. Они поглощают излучение (в нашем примере это вода), а потом вибрируют (подпрыгивают) из-за избытка энергии, которую только что поглотили.

Некоторые молекулы, например углекислый газ и метан, при взаимодействии с инфракрасным излучением реагируют одинаково. Они вибрируют, а потом происходит что-то удивительное.

В отличие от того, что мы обсуждали ранее про УФ-излучение, когда эти молекулы взаимодействуют со светом более низкой энергии, например с инфракрасным, они могут начать излучать энергию обратно в атмосферу, но в другом направлении. Благодаря этому на нашей планете поддерживается температура, подходящая для выживания человека.

Давайте снова обратимся к примеру с водой. Если кто-то внезапно направит на вас струю воды, то вы, я уверена, отпрыгнете в сторону и вздрогнете. В этот момент вы, вероятно, повернетесь на 10° или 20°, а может, и на все 180° – точно так же себя ведут и молекулы при поглощении инфракрасного излучения.

Новая энергия (вода из шланга) заставляет молекулы вибрировать (подпрыгивать), из-за чего они меняют свою ориентацию в пространстве. Когда молекулы прекратят реагировать на внезапное появление инфракрасного излучения (воды), то начнут излучать энергию в противоположном направлении.

Частицы пыли могут удерживать эту энергию в течение короткого времени, после чего начнут излучать ее обратно в атмосферу. Повторное изучение света будет идти по другой траектории, и если это происходит в идеальных условиях (к примеру, в сумерках), то мы сможем наблюдать лучи солнца, освещающие одно место Земли.

Сумеречные лучи обычно представляют собой белый свет. Он кажется нам бесцветным, поскольку в нем сочетаются все цвета в видимом спектре (если вам кажется это нелогичным, проведите эксперимент: просто направьте призму на солнечный свет, и вы увидите, что он расщепится на все цвета радуги).

Мы используем термин «белый свет» как общий для всего света в области электромагнитного спектра, имеющего диапазон длин волн от 380 до 740 нм. Эта область называется видимой областью, так как ее можно увидеть человеческим глазом. Например, в любом красящем веществе есть часть молекулы, которую наши глаза принимают за определенный цвет. Эта часть молекулы называется хромофором, и она способна поглощать свет любой волны, кроме одной.

Наверное, вы понимаете меня, если часто посещаете окулиста (как это делаю я). В наших глазах есть молекула, в которой также содержится хромофор. Такой молекулой является ретиналь (форма витамина А), и эта прекрасная молекула помогает нам видеть. Когда свет падает на сетчатку глаза, то молекулы сетчатки начинают реагировать, переходя из цис- в транс-конформацию, выпрямляясь. (Не забывайте, что цис-конфигурация образуется, когда атомы располагаются на одной стороны связи, а трансконфигурация образуется, когда атомы располагаются на разных сторонах связи.) Такое передвижение оказывает давление на белок опсин в сетчатке глаза, и запускается процесс, в ходе которого у нашего мозга получается обрабатывать изображения вещей вокруг.