wanneer licht een object raakt, heeft het meestal niet slechts een enkele frequentie (of Golflengte), maar vele. Objecten hebben de neiging om selectief licht van bepaalde frequenties te absorberen, te reflecteren of door te geven. Dat wil zeggen, één object kan groen licht reflecteren terwijl het alle andere frequenties van zichtbaar licht absorbeert. Een ander object kan selectief blauw licht uitzenden terwijl het alle andere frequenties van zichtbaar licht absorbeert., De manier waarop zichtbaar licht met een object interageert is afhankelijk van de frequentie van het licht, de aard van de atomen in het object, en vaak de aard van de elektronen in de atomen van het object.
sommige materialen laten toe dat veel van het licht dat erop valt, door het materiaal wordt overgebracht zonder gereflecteerd te worden. Materialen die de transmissie van lichtgolven door hen mogelijk maken worden optisch transparant genoemd. Chemisch zuiver (ongedopt) vensterglas en schoon rivier – of bronwater zijn hier goede voorbeelden van.,
materialen die geen lichtgolffrequenties toelaten, worden ondoorzichtig genoemd. Dergelijke stoffen kunnen een chemische samenstelling hebben die ook absorptiecentra worden genoemd. De meeste materialen zijn samengesteld uit materialen die selectief zijn in hun absorptie van lichtfrequenties. Zo absorberen ze slechts bepaalde delen van het zichtbare spectrum. De frequenties van het spectrum die niet worden geabsorbeerd worden ofwel gereflecteerd of doorgegeven voor onze fysieke observatie. In het zichtbare deel van het spectrum is dit wat aanleiding geeft tot kleur.,
Absorptiecentra zijn grotendeels verantwoordelijk voor het verschijnen van specifieke golflengten van zichtbaar licht om ons heen. Bewegen van langere (0,7 micrometer) naar kortere (0,4 micrometer) golflengten: rood, oranje, geel, groen en blauw (ROYGB) kunnen allemaal worden geïdentificeerd door onze zintuigen in de verschijning van kleur door de selectieve absorptie van specifieke lichtgolffrequenties (of golflengten). Mechanismen van selectieve lichtgolfabsorptie omvatten:
- elektronisch: overgangen in elektronenenergieniveaus binnen het atoom (bv. pigmenten)., Deze overgangen zijn meestal in het ultraviolet (UV) en/of zichtbare delen van het spectrum.
- vibrationele: resonantie in atomaire / moleculaire trillingsmodi. Deze overgangen bevinden zich meestal in het infrarode gedeelte van het spectrum.
UV-Vis: elektronische overgangsedit
bij elektronische absorptie ligt de frequentie van de binnenkomende lichtgolf op of in de buurt van de energieniveaus van de elektronen in de atomen waaruit de stof bestaat., In dit geval zullen de elektronen de energie van de lichtgolf absorberen en hun energietoestand verhogen, vaak bewegend vanuit de kern van het atoom naar een buitenste schil of orbitaal.
de atomen die aan elkaar binden om de moleculen van een bepaalde stof te maken, bevatten een aantal elektronen (gegeven door het atoomnummer Z in de periodieke grafiek). Bedenk dat alle lichtgolven elektromagnetische oorsprong hebben. Aldus worden zij sterk beà nvloed wanneer het in contact komen met negatief geladen elektronen in materie., Wanneer fotonen (individuele pakketten van lichtenergie) in contact komen met de valentie-elektronen van een atoom, kan en zal een van de volgende dingen gebeuren:
- een molecuul absorbeert het foton, een deel van de energie kan verloren gaan via luminescentie, fluorescentie en fosforescentie.
- een molecuul absorbeert het foton, wat resulteert in reflectie of verstrooiing.
- een molecuul kan de energie van het foton niet absorberen en het foton gaat verder op zijn pad. Dit resulteert in transmissie (mits er geen andere absorptiemechanismen actief zijn).,
meestal is het een combinatie van het bovenstaande die gebeurt met het licht dat een object raakt. De toestanden in verschillende materialen variëren in het bereik van de energie die ze kunnen absorberen. De meeste glazen blokkeren bijvoorbeeld ultraviolet (UV) licht. Wat er gebeurt is dat de elektronen in het glas de energie van de fotonen in het UV-gebied absorberen terwijl ze de zwakkere energie van fotonen in het zichtbare lichtspectrum negeren. Maar er zijn ook bestaande speciale glassoorten, zoals speciale soorten borosilicaatglas of kwarts die UV-doorlatend zijn en dus een hoge transmissie van ultraviolet licht mogelijk maken.,
dus, wanneer een materiaal wordt verlicht, kunnen individuele fotonen van licht de valentie-elektronen van een atoom transitie maken naar een hoger elektronisch energieniveau. Het foton wordt vernietigd in het proces en de geabsorbeerde stralingsenergie wordt omgezet in elektrische potentiële energie. Er kunnen dan verschillende dingen gebeuren met de geabsorbeerde energie: het kan door het elektron opnieuw worden uitgezonden als stralingsenergie( in dit geval is het totale effect in feite een verstrooiing van licht), afgevoerd naar de rest van het materiaal (d.w.z., omgezet in warmte), of het elektron kan worden bevrijd van het atoom (zoals in de foto-elektrische en Compton effecten).
Infrarood: Bondstretchingedit
normale trillingsmodi in een kristallijne vaste stof
het primaire fysische mechanisme voor de opslag van mechanische bewegingsenergie in gecondenseerde materie is door middel van warmte of thermische energie. Thermische energie manifesteert zich als bewegingsenergie. Warmte is dus beweging op atomair en moleculair niveau. De primaire manier van beweging in kristallijne stoffen is trillingen., Elk atoom zal rond een gemiddelde of gemiddelde positie trillen binnen een kristallijne structuur, omringd door zijn naaste buren. Deze trilling in twee dimensies is gelijk aan de trilling van de slinger van een klok. Het schommelt heen en weer symmetrisch over een gemiddelde of gemiddelde (verticale) positie. Atomaire en moleculaire trillingsfrequenties kunnen gemiddeld in de Orde van 1012 cycli per seconde (terahertz straling).,
wanneer een lichtgolf van een bepaalde frequentie een materiaal raakt met deeltjes met dezelfde of (resonante) trillingsfrequenties, dan zullen deze deeltjes de energie van de lichtgolf absorberen en omzetten in thermische energie van trillingsbeweging. Omdat verschillende atomen en moleculen verschillende natuurlijke frequenties van trillingen hebben, zullen ze selectief verschillende frequenties (of delen van het spectrum) van infrarood licht absorberen., Reflectie en transmissie van lichtgolven vinden plaats omdat de frequenties van de lichtgolven niet overeenkomen met de natuurlijke resonantiefrequenties van trillingen van de objecten. Wanneer infrarood licht van deze frequenties een object raakt, wordt de energie gereflecteerd of overgedragen.
als het object transparant is, dan worden de lichtgolven doorgegeven aan naburige atomen door het grootste deel van het materiaal en opnieuw uitgezonden aan de andere kant van het object. Van dergelijke frequenties van lichtgolven wordt gezegd dat ze worden uitgezonden.,
transparantie in isolatorsedit
Een object kan niet transparant zijn omdat het het binnenkomende licht weerkaatst of omdat het het binnenkomende licht absorbeert. Bijna alle vaste stoffen reflecteren een deel en absorberen een deel van het binnenkomende licht.
wanneer licht op een blok metaal valt, komt het atomen tegen die dicht in een regelmatig rooster zitten en een” zee van elektronen ” die willekeurig tussen de atomen bewegen., In metalen, de meeste van deze zijn niet-bonding elektronen (of vrije elektronen) in tegenstelling tot de binding elektronen typisch gevonden in covalent gebonden of ionisch gebonden niet-metalen (isolerende) vaste stoffen. In een metaalbinding kunnen alle potentiële bindingselektronen gemakkelijk verloren gaan door de atomen in een kristallijne structuur. Het effect van deze delokalisatie is simpelweg om het effect van de “zee van elektronen”te overdrijven. Als gevolg van deze elektronen wordt het grootste deel van het binnenkomende licht in metalen gereflecteerd, waardoor we een glanzend metalen oppervlak zien.,
De meeste isolatoren (of diëlektrische materialen) worden bij elkaar gehouden door ionenbindingen. Deze materialen hebben dus geen vrije geleidingselektronen en de bindingselektronen reflecteren slechts een klein deel van de invallende Golf. De resterende frequenties (of golflengten) zijn vrij te verspreiden (of worden doorgegeven). Deze klasse van materialen omvat alle Keramiek en glazen.
indien een diëlektrisch materiaal geen lichtabsorberende additieve moleculen (pigmenten, kleurstoffen, kleurstoffen) bevat, is het gewoonlijk transparant voor het spectrum van zichtbaar licht., Kleurcentra (of kleurstofmoleculen, of “dopanten”) in een diëlektrische absorberen een deel van het inkomende licht. De resterende frequenties (of golflengten) zijn vrij om te worden gereflecteerd of uitgezonden. Dit is hoe gekleurd glas wordt geproduceerd.
De meeste vloeistoffen en waterige oplossingen zijn zeer transparant. Bijvoorbeeld, water, bakolie, alcohol, lucht en aardgas zijn allemaal helder. Afwezigheid van structurele defecten (holtes, scheuren, enz.) en de moleculaire structuur van de meeste vloeistoffen zijn voornamelijk verantwoordelijk voor hun uitstekende optische transmissie., Het vermogen van vloeistoffen om interne defecten te” genezen ” via viskeuze stroom is een van de redenen waarom sommige vezelmaterialen (bijvoorbeeld papier of stof) hun schijnbare transparantie verhogen wanneer ze worden bevochtigd. De vloeistof vult tal van holtes waardoor het materiaal structureel homogeen is.
het verstrooien van licht in een ideale foutvrije kristallijne (niet-metalen) vaste stof die geen verstrooiingscentra voor binnenkomend licht biedt, is voornamelijk te wijten aan effecten van anharmoniciteit binnen het geordende rooster., Lichttransmissie zal zeer directioneel zijn vanwege de typische anisotropie van kristallijne stoffen, waaronder hun symmetriegroep en Bravais rooster. Bijvoorbeeld, de zeven verschillende kristallijne vormen van kwarts silica (siliciumdioxide, SiO2) zijn allemaal heldere, transparante materialen.