cuando la luz golpea un objeto, generalmente no tiene una sola frecuencia (o longitud de onda), sino muchas. Los objetos tienen una tendencia a absorber, reflejar o transmitir selectivamente luz de ciertas frecuencias. Es decir, un objeto podría reflejar la luz verde mientras absorbe todas las demás frecuencias de luz visible. Otro objeto puede transmitir selectivamente luz azul mientras absorbe todas las demás frecuencias de luz visible., La manera en que la luz visible interactúa con un objeto depende de la frecuencia de la luz, la naturaleza de los átomos en el objeto, y, a menudo, la naturaleza de los electrones en los átomos del objeto.
algunos materiales permiten que gran parte de la luz que cae sobre ellos se transmita a través del material sin ser reflejada. Los materiales que permiten la transmisión de ondas de luz a través de ellos se denominan ópticamente transparentes. Los vidrios de ventana químicamente puros (no dopados) y el agua limpia de río o manantial son ejemplos principales de esto.,
Los materiales que no permiten la transmisión de ninguna frecuencia de onda de luz se denominan opacos. Tales sustancias pueden tener una composición química que incluye lo que se conoce como Centros de absorción. La mayoría de los materiales se componen de materiales que son selectivos en su absorción de frecuencias de luz. Por lo tanto, solo absorben ciertas porciones del espectro visible. Las frecuencias del espectro que no son absorbidas son reflejadas o transmitidas para nuestra observación física. En la parte visible del espectro, esto es lo que da lugar al color.,
los centros de absorción son en gran parte responsables de la aparición de longitudes de onda específicas de luz visible a nuestro alrededor. Pasando de longitudes de onda más largas (0,7 micrómetros) a longitudes de onda más cortas (0,4 micrómetros): rojo, naranja, amarillo, verde y azul (ROYGB) pueden ser identificados por nuestros sentidos en la apariencia del color por la absorción selectiva de frecuencias de onda de luz específicas (o longitudes de onda). Los mecanismos de absorción selectiva de ondas de luz incluyen:
- electrónica: transiciones en los niveles de energía de electrones dentro del átomo (por ejemplo, pigmentos)., Estas transiciones son típicamente en las porciones ultravioleta (UV) y/o visibles del espectro.
- vibracional: resonancia en modos vibracionales atómicos/moleculares. Estas transiciones son típicamente en la porción infrarroja del espectro.
UV-Vis: transiciones Electrónicaseditar
en la absorción electrónica, la frecuencia de la onda de luz entrante está en o cerca de los niveles de energía de los electrones dentro de los átomos que componen la sustancia., En este caso, los electrones absorberán la energía de la onda de luz y aumentarán su estado de energía, a menudo moviéndose hacia afuera desde el núcleo del átomo hacia una capa exterior u orbital.
los átomos que se unen para formar las moléculas de cualquier sustancia en particular contienen un número de electrones (dado por el número atómico Z en la carta periódica). Recordemos que todas las ondas de luz son de origen electromagnético. Por lo tanto, se ven fuertemente afectados cuando entran en contacto con electrones cargados negativamente en la materia., Cuando los fotones (paquetes individuales de energía de luz) entran en contacto con los electrones de Valencia del átomo, una de varias cosas puede ocurrir y ocurrirá:
- Una molécula absorbe el fotón, parte de la energía puede perderse a través de luminiscencia, fluorescencia y fosforescencia.
- Una molécula absorbe el fotón lo que resulta en reflexión o dispersión.
- Una molécula no puede absorber la energía del fotón y el fotón continúa en su camino. Esto da lugar a la transmisión (siempre que no haya otros mecanismos de absorción activos).,
La mayoría de las veces, es una combinación de lo anterior que le sucede a la luz que golpea un objeto. Los estados en diferentes materiales varían en el rango de energía que pueden absorber. La mayoría de las gafas, por ejemplo, bloquean la luz ultravioleta (UV). Lo que sucede es que los electrones en el vidrio absorben la energía de los fotones en el rango UV mientras ignoran la energía más débil de los fotones en el espectro de luz visible. Pero también existen tipos especiales de vidrio, como los tipos especiales de vidrio de borosilicato o cuarzo Que son permeables a los rayos UV y, por lo tanto, permiten una alta transmisión de luz ultravioleta.,
Por lo tanto, cuando un material está iluminado, los fotones individuales de luz pueden hacer que los electrones de Valencia de un átomo transiten a un nivel de energía electrónica más alto. El fotón se destruye en el proceso y la energía radiante absorbida se transforma en energía potencial eléctrica. Varias cosas pueden suceder entonces a la energía absorbida: puede ser re-emitida por el electrón como energía radiante( en este caso el efecto general es de hecho una dispersión de luz), disipada al resto del material (i. e., transformado en calor), o el electrón puede ser liberado del átomo (como en los efectos fotoeléctricos y Compton).
infrarrojo: bond stretchingEdit
modos normales de vibración en un sólido cristalino
el mecanismo físico primario para almacenar energía mecánica de movimiento en materia condensada es a través del calor, o energía térmica. La energía térmica se manifiesta como energía de movimiento. Por lo tanto, el calor es movimiento a nivel atómico y molecular. El principal modo de movimiento en las sustancias cristalinas es la vibración., Cualquier átomo dado vibrará alrededor de alguna posición media o media dentro de una estructura cristalina, rodeada por sus vecinos más cercanos. Esta vibración en dos dimensiones es equivalente a la oscilación del péndulo de un reloj. Se balancea hacia adelante y hacia atrás simétricamente sobre alguna posición media o media (vertical). Las frecuencias vibratorias atómicas y moleculares pueden promediar en el orden de 1012 ciclos por segundo (radiación de terahercios).,
Cuando una onda de luz de una frecuencia dada golpea un material con partículas que tienen las mismas frecuencias vibratorias o (resonantes), entonces esas partículas absorberán la energía de la onda de luz y la transformarán en energía térmica de movimiento vibratorio. Dado que los diferentes átomos y moléculas tienen diferentes frecuencias naturales de vibración, absorberán selectivamente diferentes frecuencias (o porciones del espectro) de la luz infrarroja., La reflexión y la transmisión de las ondas de luz ocurren porque las frecuencias de las ondas de luz no coinciden con las frecuencias resonantes naturales de vibración de los objetos. Cuando la luz infrarroja de estas frecuencias golpea un objeto, la energía se refleja o se transmite.
si el objeto es transparente, entonces las ondas de luz se pasan a los átomos vecinos a través de la mayor parte del material y se vuelven a emitir en el lado opuesto del objeto. Se dice que tales frecuencias de ondas de luz se transmiten.,
transparencia en aisladoreseditar
Un objeto puede no ser transparente, ya sea porque refleja la luz entrante o porque absorbe la luz entrante. Casi todos los sólidos reflejan una parte y absorben una parte de la luz entrante.
Cuando la luz cae sobre un bloque de metal, se encuentra con átomos que están apretadamente empaquetados en una red regular y un «mar de electrones» que se mueve aleatoriamente entre los átomos., En los metales, la mayoría de estos son electrones no enlazantes (o electrones libres) a diferencia de los electrones enlazantes que se encuentran típicamente en sólidos no metálicos (aislantes) enlazados covalentemente o Unidos iónicamente. En un enlace metálico, cualquier potencial enlace de electrones puede ser fácilmente perdido por los átomos en una estructura cristalina. El efecto de esta deslocalización es simplemente exagerar el efecto del «mar de electrones». Como resultado de estos electrones, la mayor parte de la luz entrante en los metales se refleja hacia atrás, por lo que vemos una superficie metálica brillante.,
La mayoría de los aisladores (o materiales dieléctricos) se mantienen unidos por enlaces iónicos. Por lo tanto, estos materiales no tienen electrones de conducción libres, y los electrones de enlace reflejan solo una pequeña fracción de la onda incidente. Las frecuencias restantes (o longitudes de onda) son libres de propagarse (o transmitirse). Esta clase de materiales incluye todas las cerámicas y vidrios.
si un material dieléctrico no incluye moléculas aditivas absorbentes de luz (pigmentos, colorantes, colorantes), generalmente es transparente al espectro de luz visible., Los centros de Color (o moléculas de tinte, o «dopantes») en un dieléctrico absorben una porción de la luz entrante. Las frecuencias restantes (o longitudes de onda) son libres para ser reflejadas o transmitidas. Así es como se produce el vidrio coloreado.
La mayoría de los líquidos y soluciones acuosas son altamente transparentes. Por ejemplo, el agua, el aceite de cocina, el alcohol, el aire y el gas natural están limpios. Ausencia de defectos estructurales (huecos, grietas, etc.) y la estructura molecular de la mayoría de los líquidos son los principales responsables de su excelente transmisión óptica., La capacidad de los líquidos para «curar» defectos internos a través del flujo viscoso es una de las razones por las que algunos materiales fibrosos (por ejemplo, papel o tela) aumentan su transparencia aparente cuando se humedecen. El líquido llena numerosos vacíos haciendo que el material sea más homogéneo estructuralmente.
la dispersión de luz en un sólido cristalino ideal libre de defectos (no metálico) que no proporciona Centros de dispersión para la luz entrante se debe principalmente a cualquier efecto de anarmonía dentro de la red ordenada., La transmisión de la luz será altamente direccional debido a la anisotropía típica de las sustancias cristalinas, que incluye su grupo de simetría y la celosía de Bravais. Por ejemplo, las siete formas cristalinas diferentes de sílice de cuarzo (dióxido de silicio, SiO2) son todos materiales claros y transparentes.