când lumina lovește un obiect, de obicei nu are doar o singură frecvență (sau lungime de undă), ci multe. Obiectele au tendința de a absorbi, reflecta sau transmite selectiv lumina anumitor frecvențe. Adică, un obiect ar putea reflecta lumina verde în timp ce absoarbe toate celelalte frecvențe ale luminii vizibile. Un alt obiect ar putea transmite selectiv lumina albastră în timp ce absoarbe toate celelalte frecvențe ale luminii vizibile., Modul în care lumina vizibilă interacționează cu un obiect depinde de frecvența luminii, de natura atomilor din obiect și, adesea, de natura electronilor din atomii obiectului.unele materiale permit ca o mare parte din lumina care cade pe ele să fie transmisă prin material fără a fi reflectată. Materialele care permit transmiterea undelor luminoase prin ele sunt numite optic transparente. Sticla chimică pură (nedopată) și apa curată a râului sau a Izvorului sunt exemple primordiale în acest sens.,materialele care nu permit transmiterea frecvențelor undelor luminoase se numesc opace. Astfel de substanțe pot avea o compoziție chimică care include ceea ce sunt denumite centre de absorbție. Majoritatea materialelor sunt compuse din materiale care sunt selective în absorbția frecvențelor luminoase. Astfel, ele absorb doar anumite porțiuni ale spectrului vizibil. Frecvențele spectrului care nu sunt absorbite sunt fie reflectate înapoi, fie transmise pentru observația noastră fizică. În porțiunea vizibilă a spectrului, aceasta este ceea ce dă naștere la culoare.,centrele de absorbție sunt în mare măsură responsabile pentru apariția unor lungimi de undă specifice de lumină vizibilă în jurul nostru. Trecerea de la mai (0.7 micrometri) pentru mai scurte (0.4 micrometru) lungimi de unda: rosu, portocaliu, galben, verde și albastru (ROYGB) pot fi identificate prin simțurile noastre în aspect de culoare de absorbție selectivă specifice val de lumină frecvențe (sau lungimi de undă). Mecanismele de absorbție selectivă a undelor luminoase includ:
- Electronic: tranziții în nivelurile de energie ale electronilor din atom (de exemplu, pigmenți)., Aceste tranziții sunt de obicei în ultraviolete (UV) și / sau porțiuni vizibile ale spectrului.
- vibrațional: rezonanță în moduri vibraționale atomice / moleculare. Aceste tranziții sunt de obicei în porțiunea infraroșu a spectrului.
UV-Vis: Electronic transitionsEdit
În electronice de absorbție, frecvența de intrare val de lumină este la sau aproape de nivelul de energie a electronilor în atomi care compun substanța., În acest caz, electronii vor absorbi energia undei luminoase și vor crește starea lor energetică, adesea deplasându-se spre exterior din nucleul atomului într-o cochilie exterioară sau orbitală.atomii care se leagă împreună pentru a face moleculele unei anumite substanțe conțin un număr de electroni (dat de numărul atomic Z din graficul periodic). Reamintim că toate undele luminoase sunt de origine electromagnetică. Astfel, ele sunt afectate puternic atunci când intră în contact cu electronii încărcați negativ în materie., Când fotonii (pachete individuale de energie luminoasă) vin în contact cu electronii de valență ai atomului, unul dintre mai multe lucruri poate și va apărea:
- o moleculă absoarbe fotonul, o parte din energie poate fi pierdută prin luminiscență, fluorescență și fosforescență.
- o moleculă absoarbe fotonul care are ca rezultat reflexia sau împrăștierea.
- o moleculă nu poate absorbi energia fotonului și fotonul continuă pe calea sa. Aceasta are ca rezultat transmiterea (cu condiția ca alte mecanisme de absorbție să nu fie active).,de cele mai multe ori, este o combinație a celor de mai sus care se întâmplă cu lumina care lovește un obiect. Stările din diferite materiale variază în intervalul de energie pe care îl pot absorbi. Majoritatea ochelarilor, de exemplu, blochează lumina ultravioletă (UV). Ceea ce se întâmplă este că electronii din sticlă absorb energia fotonilor din gama UV, ignorând în același timp energia mai slabă a fotonilor din spectrul luminii vizibile. Dar există și tipuri speciale de sticlă existente, cum ar fi tipuri speciale de sticlă borosilicată sau cuarț care sunt permeabile la UV și permit astfel o transmisie ridicată a luminii ultra violete.,astfel, atunci când un material este iluminat, fotonii individuali de lumină pot face ca electronii de valență ai unui atom să treacă la un nivel de energie electronică mai ridicat. Fotonul este distrus în proces, iar energia radiantă absorbită este transformată în energie potențială electrică. Mai multe lucruri se pot întâmpla atunci cu energia absorbită: poate fi re-emisă de electron ca energie radiantă (în acest caz, efectul general este de fapt o împrăștiere a luminii), disipată la restul materialului (adică., sau electronul poate fi eliberat din atom (ca în efectele fotoelectrice și Compton).
Infraroșu: Bond stretchingEdit
modurile Normale de vibrație într-un solid cristalin
principalul mecanism fizic pentru stocarea energiei mecanice de mișcare în materie condensată este prin căldură sau energie termică. Energia termică se manifestă ca energie a mișcării. Astfel, căldura este mișcare la nivel atomic și molecular. Modul principal de mișcare în substanțele cristaline este vibrația., Orice atom dat va vibra în jurul unei poziții medii sau medii într-o structură cristalină, înconjurată de vecinii săi cei mai apropiați. Această vibrație în două dimensiuni este echivalentă cu oscilația pendulului unui ceas. Se balansează înainte și înapoi simetric cu privire la o poziție medie sau medie (verticală). Frecvențele vibraționale Atomice și moleculare pot fi medii de ordinul a 1012 cicluri pe secundă (radiație Terahertz).,când un val de lumină cu o frecvență dată lovește un material cu particule care au aceleași frecvențe vibraționale sau (rezonante), atunci acele particule vor absorbi energia undei luminoase și o vor transforma în energie termică a mișcării vibraționale. Deoarece diferiți atomi și molecule au frecvențe naturale diferite de vibrații, ele vor absorbi selectiv diferite frecvențe (sau porțiuni ale spectrului) de lumină infraroșie., Reflecția și transmiterea undelor luminoase apar deoarece frecvențele undelor luminoase nu se potrivesc cu frecvențele rezonante naturale ale vibrațiilor obiectelor. Când lumina infraroșie a acestor frecvențe lovește un obiect, energia este reflectată sau transmisă.dacă obiectul este transparent, atunci undele de lumină sunt transmise atomilor vecini prin cea mai mare parte a materialului și re-emise pe partea opusă a obiectului. Se spune că astfel de frecvențe ale undelor luminoase sunt transmise.,
transparența în izolatoreedit
un obiect poate să nu fie transparent, fie pentru că reflectă lumina de intrare, fie pentru că absoarbe lumina de intrare. Aproape toate solidele reflectă o parte și absorb o parte din lumina care intră.când lumina cade pe un bloc de metal, ea întâlnește atomi care sunt împachetați strâns într-o rețea obișnuită și o „mare de electroni” care se mișcă aleatoriu între atomi., În metale, majoritatea acestora sunt electroni care nu leagă (sau electroni liberi), spre deosebire de electronii de legătură care se găsesc în mod obișnuit în solide nemetalice (izolante) legate covalent sau legate ionic. Într-o legătură metalică, orice electroni potențiali de legătură pot fi ușor pierduți de atomii dintr-o structură cristalină. Efectul acestei delocalizări este pur și simplu de a exagera efectul „mării electronilor”. Ca urmare a acestor electroni, cea mai mare parte a luminii care intră în metale este reflectată înapoi, motiv pentru care vedem o suprafață metalică strălucitoare.,cele mai multe izolatoare (sau materiale dielectrice) sunt ținute împreună prin legături ionice. Astfel, aceste materiale nu au electroni de conducere liberă, iar electronii de legătură reflectă doar o mică parte din valul incident. Frecvențele rămase (sau lungimile de undă) sunt libere să se propage (sau să fie transmise). Această clasă de materiale include toate ceramica și ochelarii.dacă un material dielectric nu include molecule aditive absorbante de lumină (pigmenți, coloranți, coloranți), acesta este de obicei transparent pentru spectrul luminii vizibile., Centrele de culoare (sau moleculele de colorant sau „dopanții”) dintr-un dielectric absorb o porțiune din lumina care intră. Frecvențele rămase (sau lungimile de undă) sunt libere să fie reflectate sau transmise. Acesta este modul în care se produce sticla colorată.majoritatea lichidelor și soluțiilor apoase sunt foarte transparente. De exemplu, apa, uleiul de gătit, frecarea alcoolului, aerul și gazele naturale sunt clare. Absența defectelor structurale (goluri, fisuri etc.) și structura moleculară a majorității lichidelor Sunt în principal responsabile pentru transmisia lor optică excelentă., Capacitatea lichidelor de a „vindeca” defectele interne prin fluxul vâscos este unul dintre motivele pentru care unele materiale fibroase (de exemplu, hârtie sau țesătură) își măresc transparența aparentă atunci când sunt umezite. Lichidul umple numeroase goluri făcând materialul mai omogen din punct de vedere structural.împrăștierea luminii într-un solid ideal cristalin (nemetalic) fără defecte, care nu oferă centre de împrăștiere pentru lumina de intrare, se va datora în primul rând oricăror efecte ale anarmonicității în cadrul rețelei ordonate., Transmisia luminii va fi extrem de direcțională datorită anizotropiei tipice a substanțelor cristaline, care include grupul lor de simetrie și zăbrelele Bravais. De exemplu, cele șapte forme cristaline diferite de silice de cuarț (dioxid de siliciu, SiO2) sunt toate materiale clare și transparente.