Was bewirkt, dass Atome ihre spezifischen Farben haben?

Grundsätzlich: Welche intrinsische Eigenschaft verursacht die Unterschiede zwischen der Reflexion der unterschiedlichen Wellenlängen des Lichts auf atomarer Ebene? Wie spielen Photonen dabei eine Rolle?

Dies sind Absorptionslinien im Sonnenspektrum

Fraunhofer-Linien fallen mit charakteristischen Emissionslinien zusammen, die in den Spektren von Heizelementen identifiziert wurden. 6 Es wurde richtig gefolgert, dass dunkle Linien im Sonnenspektrum durch Absorption durch chemische Elemente in der Sonnenatmosphäre verursacht werden.

Emissionslinien von Eisen sind unten gezeigt.

Wenn Sie etwas Physik-Hintergrund haben, werden Sie wissen, dass diese beiden Spektren von der Photonenemission und -absorption durch die elektronischen Zustände um Atome und Moleküle herum abhängen.

Da es viele Elemente in der Sonne gibt, ist ein Teil der beobachteten Kontinuität des Spektrums auf die Überlappung von Frequenzen und die mehreren möglichen Zustände für jedes Atom und Molekül zurückzuführen, um Photonen zu absorbieren/emittieren.

Es gibt auch eine kontinuierliche Emission von Photonen, wenn Elektronen (geladene Teilchen) beschleunigt oder abgebremst werden, wenn sie von außen über elektrische und magnetische Felder übertragen werden, die um alle Atome und Moleküle herum vorhanden sind. Dieses Spektrum, schwarzer Körper genannt , wird kontinuierlich sein und ist das, was man in einer Glühlampe oder einem sehr heißen Eisen sieht; Photonen werden kontinuierlich von allen Körpern emittiert, wenn auch nicht im sichtbaren Spektrum.

Die Rolle von Photonen ist also entscheidend für alle elektromagnetischen Strahlungen, einschließlich der von unserer Sonne. Als Ensemble bilden sie die klassische Lichtwelle, der Entstehungsprozess ist ein quantenmechanischer mit Photonen.

Reflexion ist wiederum eine Wechselwirkung der einzelnen Photonen des Strahls mit dem Material, auf das sie treffen. Die nicht absorbierten Frequenzen definieren die Farbe des Materials, das den Strahl gestreut hat. Photonen sind also entscheidend für die Definition der Farben, die wir sehen.

Die Photonen werden durch das Feld der Elektronen der Atome und Moleküle des Streuers kohärent gestreut. Die klassische Sicht einer elektromagnetischen Welle stimmt mit der quantenmechanischen überein und ist viel einfacher bei der Berechnung des Verhaltens von Strahlen, die riesige Ensembles kohärenter Photonen sind.

Farbe ist eine rein psychophysische Schöpfung des menschlichen Auges als Reaktion auf EM-Strahlung in der einzelnen Oktave von 400 bis 800 nm Wellenlänge (Luft), aber die meisten älteren Menschen haben eine vernachlässigbare Reaktion von 700 bis 800 nm. „Licht“ ist ebenfalls eine Schöpfung des menschlichen Auges. Deshalb verwenden wir dafür separate Maßeinheiten; Lumen, Candela usw.

Atome usw. haben KEINE Farbe. Sie erzeugen EM-Strahlungsenergie bei verschiedenen Wellenlängen, von denen nur einige die "Licht"-Reaktion des menschlichen Auges hervorrufen. Wissenschaftler müssen auf ihre Sprache achten und die korrekte Terminologie verwenden, wenn sie nützliche Informationen vermitteln und die Schüler nicht mit schwammiger Sprache verwirren wollen.

„Licht“ ist per Definition sichtbar. Es ist NICHT UV oder IR.

Farbe hat wenig mit diskretem Absorptionsspektrum zu tun. Sonnenlicht hat dieses Spektrum, aber es hat keine spezifische Farbe. Sonnenlicht ist weiß. Wenn ein Material einen weiten Bereich kontinuierlicher Lichtbandbreite absorbiert, würde es die Farbe der verbleibenden Bandbreite zeigen (nicht absorbierter Teil). Aber das ist der seltene Fall. Die Farben von Materialien, die wir im täglichen Leben gesehen haben, sind nicht auf diese Weise geformt und funktionieren nicht.

Farbe wird durch eine große Anzahl von Atomen gebildet, sie ist eine Eigenschaft von Stoffen oder Materialien, nicht die Eigenschaft eines einzelnen Atoms. Ebenso hat Wasser oder eine andere Flüssigkeit eine Viskosität, ein einzelnes Wassermolekül nicht.

Welche Frequenzen reflektiert/absorbiert werden, hängt von der Struktur des Atoms ab (was, wie uns die Quantenmechanik gelehrt hat, wirklich schwer zu verstehen ist). Es ist also sehr schwierig zu wissen, welche besondere Eigenschaft des Atoms darüber entscheidet, welche Frequenz/Wellenlänge es absorbieren/reflektieren soll. Elektronen und andere subatomare Teilchen besitzen sozusagen keine Farbe, da das sichtbare Licht eine zu große Wellenlänge hat, um von diesen Teilchen reflektiert zu werden. Aus diesem Grund müssen Sie Röntgenstrahlen und Elektronenmikroskope verwenden, um Atome zu beobachten (und wir können immer noch keine subatomaren Teilchen sehen, obwohl ich mir wirklich wünschte, wir könnten es - endlich wird die ganze Sache mit der Ungewissheit eine ganz neue Perspektive haben, nicht wahr? meinst du nicht?).

Zunächst einmal wird Farbe nicht reflektiert. Wenn Licht reflektiert wird, entsteht Blendung , die ein Abbild der Lichtquelle selbst ist.

Farbe entsteht entweder, wenn (1) Licht einer bestimmten Wellenlänge von einer Lichtquelle emittiert wird oder (2) von einem physischen Objekt absorbiert und dann wieder emittiert wird. Wenn wir also zum Beispiel sagen, dass ein Apfel rot ist, bezieht sich das auf den zweiten Fall.

Alle Moleküle können elektromagnetische Energie absorbieren, einschließlich Energie aus dem sichtbaren Spektrum. Sie geben dann einen Teil dieser Energie als neues Licht wieder ab, aber das Lichtspektrum, das sie aussenden, unterscheidet sich von dem, was empfangen wurde. Beispielsweise könnte ein weißes Licht, das Energie aus allen Teilen des Spektrums enthält, von einem roten Objekt als hauptsächlich rotes Licht reemittiert werden, da Energie in den grünen und blauen Teilen des Spektrums bevorzugt von dem Objekt absorbiert wurde.

Die scheinbare Farbe eines Objekts hängt von der Stärke der bei jeder Frequenz emittierten Energie ab. Ein Objekt, das sichtbares Licht mit niedrigeren Frequenzen ausstrahlt, erscheint also rot-gelb, und eines, das sichtbares Licht mit höheren Frequenzen ausstrahlt, erscheint bläulich-lila.