amikor a fény egy objektumra ütközik, általában nem csak egyetlen frekvenciája (vagy hullámhossza) van, hanem sok. Az objektumok hajlamosak szelektíven elnyelni, tükrözni vagy továbbítani bizonyos frekvenciák fényét. Vagyis egy objektum tükrözheti a zöld fényt, miközben elnyeli a látható fény összes többi frekvenciáját. Egy másik objektum szelektíven továbbíthatja a kék fényt, miközben elnyeli a látható fény összes többi frekvenciáját., Az a mód, ahogyan a látható fény kölcsönhatásba lép egy objektummal, függ a fény frekvenciájától, az objektum atomjainak természetétől, gyakran az elektronok természetétől az objektum atomjaiban.
egyes anyagok lehetővé teszik, hogy a rájuk eső fény nagy részét az anyagon keresztül visszaverődés nélkül továbbítsák. Az olyan anyagokat, amelyek lehetővé teszik a fényhullámok átvitelét rajtuk keresztül, optikailag átlátszónak nevezik. Erre kiváló példa a kémiailag tiszta (nem fedett) ablaküveg, valamint a tiszta folyó-vagy forrásvíz.,
azokat az anyagokat, amelyek nem teszik lehetővé a fényhullám frekvenciák továbbítását, átlátszatlannak nevezik. Az ilyen anyagok kémiai összetételűek lehetnek, amelyek magukban foglalják az abszorpciós központoknak nevezett anyagokat. A legtöbb anyag olyan anyagokból áll, amelyek szelektívek a fényfrekvenciák abszorpciójában. Így csak a látható spektrum bizonyos részeit szívják fel. A frekvenciák a spektrum, amely nem szívódik fel sem visszaverődik, vagy továbbítják a fizikai megfigyelés. A spektrum látható részében ez adja a színt.,
az abszorpciós központok nagymértékben felelősek a látható fény bizonyos hullámhosszainak megjelenéséért körülöttünk. Mozgó hosszabb (0,7 mikrométer) rövidebb (0,4 mikrométer) hullámhossz: piros, narancs, sárga, zöld és kék (ROYGB) mind azonosítható érzékeink megjelenése szín szelektív abszorpciója bizonyos fényhullám frekvenciák (vagy hullámhossz). A szelektív fényhullám-abszorpció mechanizmusai a következők:
- elektronikus: átmenetek az atom elektron energiaszintjében (pl. pigmentek)., Ezek az átmenetek jellemzően a spektrum ultraibolya (UV) és/vagy látható részei.
- vibrációs: rezonancia atomi / molekuláris vibrációs módokban. Ezek az átmenetek jellemzően a spektrum infravörös részében vannak.
UV-Vis: elektronikus átmenetekszerkesztés
az elektronikus abszorpcióban a bejövő fényhullám frekvenciája az anyagot alkotó atomokon belüli elektronok energiaszintjén vagy annak közelében van., Ebben az esetben az elektronok elnyelik a fényhullám energiáját, növelik energiaállapotukat, gyakran kifelé mozognak az atom magjából egy külső héjba vagy orbitálisba.
azok az atomok, amelyek összekapcsolódnak, hogy egy adott anyag molekulái számos elektronot tartalmazzanak(a periódusos diagramban a Z atomszám adja). Emlékezzünk vissza, hogy minden fényhullám elektromágneses eredetű. Így erősen érintettek, amikor érintkezésbe kerülnek az anyag negatív töltésű elektronjaival., Amikor a fotonok (egyes fény energiacsomagok) érintkezésbe kerülnek az atom valenciaelektronjaival, akkor számos dolog történhet és fog bekövetkezni:
- egy molekula elnyeli a fotont, az energia egy része elveszhet lumineszcencia, fluoreszcencia és foszforeszcencia révén.
- egy molekula elnyeli a fotont, ami visszaverődést vagy szóródást eredményez.
- egy molekula nem képes elnyelni a foton energiáját, és a foton tovább halad. Ez transzmissziót eredményez (feltéve, hogy más abszorpciós mechanizmusok nem aktívak).,
Az idő nagy részében ez a fentiek kombinációja, amely egy objektumot eltaláló fénynél történik. A különböző anyagok állapotai az általuk elnyelt energia tartományában változnak. A legtöbb szemüveg például blokkolja az ultraibolya (UV) fényt. Az történik, hogy az üvegben lévő elektronok elnyelik az UV tartományban lévő fotonok energiáját, miközben figyelmen kívül hagyják a látható fény spektrumában lévő fotonok gyengébb energiáját. De vannak olyan speciális üvegtípusok is, mint például a speciális típusú boroszilikát üveg vagy kvarc, amelyek UV-áteresztő képességűek, így lehetővé teszik az ultraibolya fény nagy átvitelét.,
így egy anyag megvilágításakor az egyes fény fotonok az atom valence elektronjait magasabb elektronikus energiaszintre válthatják át. A foton a folyamat során elpusztul, az elnyelt sugárzó energia pedig elektromos potenciál energiává alakul át. Ezután több dolog történhet az abszorbeált energiával: az elektron sugárzó energiaként újra kibocsáthatja (ebben az esetben a teljes hatás valójában a fény szórása), az anyag többi részéhez (azaz, hővé alakítva), vagy az elektron felszabadulhat az atomtól (mint a fotoelektromos és Compton effektusokban).
Infravörös: Bond stretchingEdit
Normál mód a rezgés egy kristályos anyag.
Az elsődleges fizikai mechanizmus tárolására mechanikai energia, a mozgás, a kondenzált keresztül hő-vagy hűtési energia. A hőenergia a mozgás energiájaként nyilvánul meg. Így a hő atomi és molekuláris szinten mozog. A kristályos anyagok elsődleges mozgási módja a rezgés., Bármely adott atom rezeg valamilyen átlagos vagy átlagos pozíció körül egy kristályos szerkezetben, amelyet a legközelebbi szomszédai vesznek körül. Ez a rezgés két dimenzióban megegyezik az óra inga oszcillációjával. Szimmetrikusan mozog oda-vissza valamilyen átlagos vagy átlagos (függőleges) helyzetben. Az atomi és molekuláris rezgési frekvenciák másodpercenként átlagosan 1012 ciklus (Terahertz sugárzás) sorrendjében mozoghatnak.,
amikor egy adott frekvenciájú fényhullám olyan anyagot üt meg, amelynek részecskéi azonos vagy (rezonáns) rezgési frekvenciákkal rendelkeznek, akkor ezek a részecskék elnyelik a fényhullám energiáját, és vibrációs mozgás hőenergiájává alakítják. Mivel a különböző atomok és molekulák különböző természetes rezgési frekvenciákkal rendelkeznek, szelektíven elnyelik az infravörös fény különböző frekvenciáit (vagy spektrumrészeit)., A fényhullámok visszaverődése és továbbítása azért következik be, mert a fényhullámok frekvenciái nem egyeznek meg az objektumok rezgésének természetes rezonáns frekvenciáival. Amikor ezeknek a frekvenciáknak az infravörös fénye egy tárgyat üt, az energia visszaverődik vagy továbbadódik.
Ha az objektum átlátszó, akkor a fényhullámokat az anyag nagy részén keresztül továbbítják a szomszédos atomokra, majd az objektum másik oldalán újra kibocsátják. A fényhullámok ilyen frekvenciáit állítólag továbbítják.,
átlátszóság a szigetelőkbenszerkesztés
egy objektum nem lehet átlátszó sem azért, mert tükrözi a bejövő fényt, sem azért, mert elnyeli a bejövő fényt. Szinte minden szilárd anyag visszaver egy részét, és elnyeli a bejövő fény egy részét.
amikor a fény egy fémblokkra esik, találkozik olyan atomokkal, amelyek szorosan egy szabályos rácsba vannak csomagolva, és az atomok között véletlenszerűen mozgó “elektronok tengere”., A fémekben ezek többsége nem kötő elektronok (vagy szabad elektronok), szemben a kovalensen ragasztott vagy ionikusan ragasztott nemfémes (szigetelő) szilárd anyagokban általában megtalálható kötő elektronokkal. Fémes kötésben minden potenciális kötő elektron könnyen elveszhet az atomok által kristályos szerkezetben. Ennek a delokalizációnak a hatása egyszerűen eltúlozza az “elektronok tengerének”hatását. Ezeknek az elektronoknak köszönhetően a fémek bejövő fényének nagy része visszaverődik, ezért látunk egy fényes fémfelületet.,
a legtöbb szigetelőt (vagy dielektromos anyagokat) ionos kötések tartják össze. Így ezeknek az anyagoknak nincs szabad vezetőképességű elektronjuk, a kötő elektronok pedig az eseményhullámnak csak egy kis részét tükrözik. A fennmaradó frekvenciák (vagy hullámhosszok) szabadon terjedhetnek (vagy továbbíthatók). Ez az anyagcsoport minden kerámiát és poharat tartalmaz.
Ha egy dielektromos anyag nem tartalmaz fény-abszorbens adalékanyag molekulákat (pigmenteket, festékeket, színezékeket), akkor általában átlátszó a látható fény spektrumára., A dielektrikumokban lévő színközpontok (vagy festékmolekulák vagy “adalékok”) elnyelik a bejövő fény egy részét. A fennmaradó frekvenciák (vagy hullámhosszok) szabadon tükrözhetők vagy továbbíthatók. Így készül a színes üveg.
a legtöbb folyadék és vizes oldat nagyon átlátszó. Például a víz, a főzőolaj, az alkohol, a levegő és a földgáz tiszta. Szerkezeti hibák hiánya (üregek, repedések stb.) és a legtöbb folyadék molekuláris szerkezete elsősorban a kiváló optikai átvitelért felelős., A folyadékok viszkózus áramlással történő “gyógyítására” való képessége az egyik oka annak, hogy egyes rostos anyagok (például papír vagy szövet) nedvesítéskor növelik látszólagos átlátszóságukat. A folyadék számos üreget tölt fel, így az anyag szerkezetileg homogénebb.
a fényszórás ideális hibamentes kristályos (nem fémes) szilárd anyagban, amely nem biztosít szórási központokat a bejövő fény számára, elsősorban az anharmonicitás bármely hatásának tulajdonítható a rendezett rácson belül., A fényáteresztés erősen irányított lesz a kristályos anyagok tipikus anizotrópiája miatt, amely magában foglalja a szimmetriacsoportot és a Bravais rácsot. Például a kvarc szilícium-dioxid hét különböző kristályos formája (szilícium-dioxid, SiO2) tiszta, átlátszó anyagok.