طريقة دراسة تفاعل الضوء مع المادة تسمى بدراسة التفاعلات الكيميائية بين الضوء وبين المواد الأخرى من نموذج الشعاع الضوئي الشامل وهو نوع من الأشعة الضوئية.
وهو إسقاط رفيع من إشعاع الضوء من مصدره والذي يأتي على هيئة شعاع طويل ويعتبر شعاع الشمس الطبيعي أهم تلك الأمثلة.
كما يوجد أنواع كثيرة من الأشعة المصطنعة مثل أشعة الليزر وأشعة المصباح الكهربي.
أيضا الشعاع الضوئي الشامل عنصر رئيسي في حياة كل الكائنات الحية وهو أحد التفاعلات الأساسية في المعادلات الحيوية مثل عملية البناء الضوئي.
يختص ذلك الشعاع الضوئي بفك لغز نشأة الحياة على كوكب الأرض وهو علم نموذجي حيث أنه يصف الترابط الكمي بينهم كما أنه يعمل على تحديد النتائج والخصائص التي تتعلق بذلك التفاعل.
والكيمياء الضوئية هي واحدة من فروع علم الكيمياء والتي تتضمن دراسة تفاعلات الذرة والجزيئات الصغيرة والضوء وهي كأي علم أخر من العلوم التي تستخدم نظام القياس المتري.
من الضروري الرجوع إلى العلم الذي يهتم بدراسة هذه المادة وهو ما يطلق عليه علميا اسم الإشعاع الكهرو مغناطيسي وهي أهم مصدر لفيتامين د الذي يحتاج إليه جسم الإنسان.
طرق تفاعل الضوء مع المادة
يعتبر فصل تفاعل الضوء مع المادة من أهم الفصول التي يحتوي عليها علم الكيمياء حيث يختلف ذلك التفاعل وفقا لنوعية الأسطح وهي تنقسم إلى ما يلي.
الانعكاس الضوئي
وهو عبارة عن ارتداد الموجات المتساقطة من الضوء على جسم معين بزاوية محددة تعرف بزاوية السقوط بعد ذلك ترتد عنه بزاوية أخرى يطلق عليها زاوية الانعكاس وهما زاويتان متساويتان وفقا لقانون الانعكاس والانعكاس الضوئي ينقسم إلى نوعين وهما.
انعكاس منتظم/ وهو يحدث في حالة كان السطح العاكس مصقول مثل سطح المرآة.
انعكاس غير منتظم/ وهو ما يطلق عليه التشتت حيث أنه يحدث إذا كان السطح العاكس خشن الملمس وبالتالي تتشتت الأشعة التي تنعكس على السطح في زوايا مختلفة.
النفاذ الضوئي
وهو واحدا من طرق تفاعل المادة مع الضوء والذي يكون من خلال انتقال الضوء الذي يسقط بين وسطين يفصلهما سطح فاصل والذي يعرف بالوسط الشفاف مثل الماء أو الزجاج وبعض الأنواع من البلاستيك.
الامتصاص الضوئي
وهذا الامتصاص الضوئي هو نسبة من الشعاع الضوئي التي تقوم الاجسام والأوساط بامتصاصها وقت سقوطها عليها ويتم ذلك وفقا لمعامل الامتصاص حيث يتراوح بين 7% في الفض. المصقولة وفي الدهان الأسود 99%.
الضوء يعتبر من مظاهر القوى الكهرو مغناطيسية حيث تتكون المادة من مجموعة من الجسيمات المشحونة بسبب طبيعة الذرة حيث تتكون من نواة موجبة الشحنة تحاط لإلكترونات متحركة.
تتحرك النواة المكونة للجزيئات مع بعضها البعض حيث تكون الشحنات في حالة من الحركة ومع كل حركة تكون قوى كهرو مغناطيسية تتغير مع مرور الوقت.
وذلك لأن الضوء الكهرومغناطيسي يكون متأرجحا في حين أن جسيمات الضوء تسمى فوتونات ويكون كل فوتون حاملا لحزمة من الطاقة التي تتناسب مع التردد وتمتص المادة الطاقة من الفوتون.
حيث أن المادة لن تمتص الضوء إلا في حال كانت طاقة الفوتون متطابقة مع طاقة الجزيئات إذ أن تردد العتبة هو الخاصية المميزة للمعدن وذلك يتعلق بمستوى معين من طاقة الإلكترونات المعتمدة على هوية المعدن.
وبذلك يمكن أن يستخدم التفاعل بين المادة والضوء لتحديد هوية المعدن إذ عندما يمر الضوء في وسط ذو كثافة أقل إلى وسط كثافته أكبر تتباطأ السرعة الضوئية.
وذلك يكون سببا في الانحناء وهو ما يعرف بقانون سنل وأيضا الأطوال الموجية تنحرف بكميات مختلفة والتي تختلف داخل الضوء الأبيض.
وبذلك يكون الضوء الأبيض الذي يتكون من عدة ألوان مختلف الأطوال الموجية ينتشر حيث يظهر كل لون من تلك الألوان منفصلا.
وعليه فإن التفاعل بين الضوء والمادة يكون نتيجة إلى التذبذب في المجال الكهرو مغناطيسي حيث يتفاعل رنين مع الجسيمات المشحونة داخل هذه المادة.
وفي الغالب تكون تلك الإلكترونية مرتبطة حيث نلاحظ أن تلك العمليات تتم من خلال التغيير في الضوء الناتج عن المادة كامتصاص او انبعاث مجال جديد للضوء.
او التغيير الذي يسببه الضوء في المادة كالكيمياء الضوئية أو التأين.
تصنيف المادة من حيث تفاعلها مع الضوء
وتعتبر المادة من الأشياء التي تحيط الإنسان الملموسة مثل الهواء والماء وأيضا الأشياء الغير حية والكائنات الحية وذلك على العكس من المفاهيم الأخلاقية والمجردة.
وتتمثل تلك الأشياء في المشاعر والتفكير وما يشابهها وهي من الأشياء الغير مادية ولكل مادة خصائص تتميز بها عن غيرها وتتفاعل هذه الأشياء مع بعضها البعض بطريقة متناسقة لتحافظ على التوازن البيئي.
تنتشر المادة حول الكائن الحي بعدة أشكال العناصر بسيطة التركيب كالأكسجين والهيدروجين والمواد التي تتركب من أكثر من عنصر عن طريق التفاعل الكيميائي.
وتوجد عدة مواد هجينة ومختلطة وتتكون من عدة مواد بلا تفاعل بين هذه المواد مثال على ذلك الماء حيث يحتوي على أملاح ذائبة تمتزج به والمادة تمتلك خصائص فيزيائية وكيميائية.
المادة الشفافة
وهي تلك المادة التي بإمكانها أن تنقل الضوء دون أن يتشتت وتتنوع الأمثلة على المادة الشفافة فنجد منها.
المياه العذبة والهواء والزجاج الشفاف.
حيث يمكن أن نرى من خلال تلك المادة الشفافة الضوء بشكل واضح.
وأيضا الأجزاء العليا من النوافذ حيث أي ضوء يصطدم بها يمر من خلال الجانب الآخر.
المادة نصف الشفافة
وهذه المادة بإمكانها أن تنقل الضوء ولكن أثناء مرور الضوء من خلالها يتم تشتته عن طريق تلك الأجسام الشفافة.
كما أنه لا يمكن أن ترى الضوء بوضوح من خلال هذه المادة.
وذلك نتيجة انتشار الضوء في جميع الاتجاهات.
ومثال لذلك الألواح الزجاجية التي تكون متجمدة في أسفل النوافذ.
المادة المظلمة
وهي المادة التي تعيق مرور الضوء من خلالها حيث تكون تلك المادة غير شفافة وذلك لامتصاصها الضوء او أنها تقوم بعكس الضوء أو تمزج بين الاثنين.
مثال على ذلك الخشب وما يتم صنعه من تلك المادة مثل المصاريع.
تمتص هذه المصاريع الضوء الذي يأتيها ولا تعكي سوى أطوال موجية بسيطة من الضوء المرئي.
تكون الطبيعة المزدوجة للضوء من خلال خصائص المادة أو الجسيم وفي الوقت ذاته خصائص الموجة المستعرضة لتلك المادة إذ أن الضوء هو موجة كهرو مغناطيسية لها تردد وطول موجي محددان وتتكون هذه الموجة من الفوتونات.
وذلك يعني أن الضوء هو عبارة عن موجة تمتلك خصائص فيزيائية ونشير إلى أن الإلكترون يمتلك طبيعة مزدوجة هو الأخر وذلك لأن الإلكترون جسيم فيزيائي يمتلك خصائص موجية.
وقد بدأ العلماء في اقتراح فرضية الطبيعة المزدوجة للضوء وفقا لظواهر التداخل والاستقطاب والحيود التي تؤكد طبيعة الضوء الموجية مما يعني أن الفوتونات تتصرف كجسيمات أو موجات في وقت واحد.
وفيما يبدو أن طبيعة الضوء المزدوجة ليست هي التي تعمل على توقف الضوء حيث طور العالم دي بروجلي عام 1924م فرضيته الشهيرة والتي سميت على اسمه.
وحسب ما جاء في هذه الفرضية أن كل جسيم متحرك يصاحبه مجال موجة وقد أثبتت الكثير من التجارب تلك الفرضية كما يطلق على الموجات المصاحبة للجسيمات المحركة اسم الموجات.
