Химия и Химики № 1 2012. Опыты с ультрафиолетовым светом (лампа Вуда)

Обнаружив ошибку на странице, выделите ее и нажмите Ctrl + Enter

Вступление

Привычный для нас свет - видимое излучение - лежит на сравнительно узком участке спектра (длина волны от 380 до 740 нм). Нижний край этой области соответствует фиолетовому свету, верхний - красному. Многие источники света - в том числе и Солнце - одновременно излучают свет с разными длинами волн. Воспользовавшись трехгранной призмой можно разделить белый свет на его компоненты - цвета радуги. Таким образом мы сможем наблюдать спектр. Обычно выделяют семь цветов радуги:

фиолетовый (380-440 нм) синий (440-485 нм), голубой (485-500 нм), зеленый (500-565 нм), желтый (565-590 нм), оранжевый (590-625 нм) и красный (625-740).

Разделение видимого спектра на цвета радуги условно, поскольку между цветами нет резкой границы - переход одного цвета в другой происходит постепенно. Не удивительно, что в Японии выделяют только шесть цветов радуги. В англоязычной литературе обычно выделяют семь цветов радуги, но голубой цвет (находится между синим и зеленым) не считают "самостоятельным", зато выделяют цвет индиго - "сине-фиолетовый".

Разумеется, электромагнитное излучение не исчерпывается видимым участком спектра, и ученые доказали это еще в начале 19 века.

В 1800 г английский астроном Уильям Гершель, исследуя спектр Солнца, обнаружил излучение, которое вызывало более сильный нагрев, чем красные лучи спектра, но лежало за пределами видимой области [1]. Так было открыто инфракрасное (тепловое) излучение. Инфракрасные лучи имеют бОльшую длину волны (и соответственно - меньшую частоту колебаний) по сравнению с красным излучением.

После открытия излучения, которое лежит в спектре справа от красных лучей (т.е. имеет бОльшую длину волны), логично было предположить, что существуют и с лучи длиной волны меньшей, чем у фиолетового света (т.е. такие, которые лежат в спектре левее фиолетового света).

Немецкий физик Иоганн Риттер в 1801 году обнаружил, что хлорид серебра разлагается под действием невидимого излучения, которое лежит за пределами фиолетовой области спектра. Причем действие этого невидимого излучения на хлорид серебра было даже сильнее, чем действие видимого света. Так были открыты ультрафиолетовые лучи.

_________________________________________________
¹ Если мы могли бы видеть инфракрасные лучи, на верхней фотографии с трехгранной призмой они были бы правее красных лучей. Помещенные в эту область приборы фиксируют самый сильный нагрев: основная часть тепла Солнца приходит к нам именно с невидимыми инфракрасными лучами.

Одним из самых распространенных источников ультрафиолетового излучения является кварцевая лампа. При прохождении электрического разряда через пары ртути они излучают ультрафиолетовый свет. Обычное стекло хорошо поглощает ультрафиолетовые лучи, поэтому стенки таких ламп делают из кварцевого стекла, которое прозрачно для ультрафиолетового излучения.

Разряд в парах ртути используют не только для получения ультрафиолетового света, но и видимого. Для этого стенки лампы делают из обычного стекла (а не кварцевого) и покрывают их люминофором, который поглощает ультрафиолетовые лучи и испускает видимые (обычно - белые). Именно на таком принципе работают люминесцентные лампы (лампы дневного света).

Ртутная лампа - мощный источник ультрафиолетового излучения, причем довольно жесткого (в том, что кварцевая лампа дает жесткий ультрафиолет легко убедиться, включив ее: вскоре вы почувствуете запах озона, иногда довольно сильный).

Однако, одновременно с ультрафиолетовым излучением ртутная лампа излучает немало видимых лучей. Для многих целей это не мешает, например, видимый свет - не помеха при использовании таких ламп для дезинфекции, при проведении фотохимических реакций в органическом синтезе или для проявления хроматограмм. С другой стороны, если мы хотим изучать действие именно ультрафиолетовых лучей, необходимо избавиться от видимого (и инфракрасного) излучения.

Отделить видимое излучение от ультрафиолетового можно, например, с помощью призмы или дифракционной решетки. Однако на практике это не всегда удобно. Нужен был более простой способ. Американский физик Роберт Вуд разработал специальное стекло, которое поглощает видимые и инфракрасные лучи, но пропускает ультрафиолетовые. Стекло Вуда представляет собой натриево-бариевое силикатное стекло, которое содержит около 9% оксида никеля, иногда - оксид кобальта.

Ртутная лампа, сделанная из такого стекла, излучает ультрафиолетовый свет с небольшой примесью фиолетового. Поскольку стенки лампы Вуда непрозрачны для видимого света, лампа выглядит черной. Изобретение лампы Вуда благоприятствовало применению ультрафиолетового света, как для научных исследований, так и для нужд практики. Какие невероятные вещи проделывал с ультрафиолетовым светом сам Роберт Вуд, вы можете узнать из книги Вильям Сибрук - Роберт Вильямс Вуд. Современный чародей физической лаборатории ссылка

Поскольку ультрафиолетовое излучение иногда называют "черный свет", лампу Вуда нередко называют "лампа черного света".

Современные лампы Вуда часто делают из стекла, покрытого специальным люминофором, который дает максимум излучения в области мягкого ультрафиолета и почти не испускает видимого света. В качестве люминофоров используют активированный европием борат стронция SrB₄O₇:Eu²⁺ (368-371 нм), активированный свинцом силикат бария BaSi₂O₅:Pb²⁺ (350-353 нм) и другие составы.

Приступим к экспериментам.