Was gibt Stoffen ihre Farbe?

Unter normalen Umständen sehen Sie den stationären Zustand, in dem die Absorptionsrate gleich der Rate ist, mit der Energie abgeführt oder wieder abgestrahlt wird, sodass sich das Material nicht erwärmt. Soweit ich weiß, findet die Abregung im Infrarot statt, es sei denn, ein Material fluoresziert.

Sie sollten sich auch darüber im Klaren sein, dass nur weil ein Photon absorbiert wird, ein Elektron Energie verloren hat$E_1$zu Energie$E_{10}$, gibt es keinen Grund zu der Annahme, dass das Elektron bei der Entregung zurückgehen wird$E_{10}$Zu$E_1$wieder in einem Sprung. Die Energieniveaus eines Festkörpers sind sehr kompliziert (Bandstruktur) und haben sehr viele fein beabstandete Energieniveaus, die fast wie ein Kontinuum sind. Bei Lücken in der Bandstruktur ist das Material transparent.

Hier ist ein Beispiel für die Bandstruktur eines zufälligen Materials (Zustandsdichte von Gold in der Mitte). Ich glaube, Farbe hat mehr mit den Leitungsbändern (den oberen Schnörkeln) und der relativen Anzahl verfügbarer Zustände zu tun.

Unter der Annahme, dass bei einer Abregung die Energie nur als Photonen freigesetzt wird. Dann sollten auch alle anderen Wellenlängen emittiert werden und der Apfel weiß erscheinen.

Die Tatsache, dass ein Elektron durch Photonenabsorption angeregt wurde, hat nichts damit zu tun, wie es sich selbst entregt. Abregung bedeutet, dass Ihr Elektron seine Energie senkt und die überschüssige Energie irgendwo abgibt . Es kann zu einem Photon der gleichen Farbe gehen, aber es kann auch teilweise zu einem Photon mit niedrigerer Energiefarbe und teilweise zu einer anderen Stelle oder gar nicht zu einem Photon gehen.

Es muss nicht einmal eine rein elektronische Anregung sein. Durch leuchtendes Licht (im allgemeinen Sinne, nicht nur sichtbar) kann man in einem Molekül Schwingungen oder Rotationsmoden anregen, wie für gezeigt$CO_{2}$auf dem Bild unten.

Die Abregung eines solchen Moleküls kann also bedeuten, dass von einer Art der Schwingungsbewegung zur anderen gewechselt wird. An diesem Übergang kann kein Photon beteiligt sein.

Wie können wir definitiv sagen, dass die Energielücken gleich beabstandet sind?

Energielücken sind im harmonischen Quantenoszillator gleich beabstandet, aber in realen Potentialen von Atomen und Molekülen ist das Potential nicht quadratisch, als solches ist es anharmonisch und hat keine gleich beabstandeten Energieniveaus.

Wenn keine Abregung stattfindet, sollten alle Substanzen, nachdem sie ausreichend lange mit Licht bestrahlt wurden, schließlich zu Leitern werden, aber ich glaube nicht, dass dies geschieht.

Wenn wir ein Halbleitermaterial kontinuierlich mit Photonen beleuchten, deren Energie gleich oder höher als die Energiebandlücke des Materials ist, werden wir immer mehr Elektronen zu höherer Energie anregen, bis zu dem Punkt, an dem genau so viele Elektronen höher sind wie im unteren Zustand. An diesem Punkt erscheint das Material für das Licht dieser spezifischen Wellenlänge transparent. Wenn Sie noch mehr Elektronen in den höheren Energiezustand bringen könnten, erhalten Sie eine Besetzungsinversion. Das Medium absorbiert keine Strahlung, sondern verstärkt sie, und dies ist der Hauptmechanismus, wie Laser und optische Verstärker funktionieren. Sie können diese Situation über verschiedene Mechanismen erreichen und nur in Materialien, die eine spezifische Energieniveaustruktur haben, damit sie auftritt. ich nicht Ich weiß nicht, wie ein Molekül aufgebaut ist, das eine Apfelschale bildet, aber wahrscheinlich hat noch niemand versucht, einen Laser daraus zu machen. Obwohl Menschen Laser aus Blut und Gelee herstellten. Wie Arthur Leonard Schawlow sagte: „Alles wird vergehen, wenn man es hart genug trifft“.

Aus Sicht des elektronischen Transports kann Material auch auf diese Weise zum Leiter werden. Metallische Leiter leiten, weil sie viele freie Elektronen haben, die den Strom tragen können. In Halbleitern können Sie Elektronen optisch zum Leitungsband anregen und es elektrisch leiten lassen. Grundsätzlich funktionieren durch diesen Effekt Sonnenkollektoren. Indem Sie sehr energiereiche Photonen oder sehr intensives Licht von Photonen mit niedrigerer Energie verwenden, können Sie einen Isolator auch leitfähig machen.