En términos generales, el color de los objetos es causado por la interacción de los fotones con los electrones (y, en menor medida, los núcleos de los átomos).
Aunque estas interacciones son complicadas, una forma útil de pensar sobre el color de un material es en términos de los niveles de energía de los electrones. Si un fotón entrante tiene la misma energía que la transición entre dos niveles de energía, entonces ese fotón puede ser absorbido o reflejado por un electrón excitado. El sulfato de cobre hidratado es un buen ejemplo: el átomo de cobre está rodeado de ocho moléculas de agua en una configuración octaédrica, que divide los d-orbitales del átomo de cobre en dos niveles de energía distintos, como se muestra a continuación. La diferencia de energía entre estos niveles corresponde aproximadamente a la energía de los fotones en la luz naranja, por lo que la luz naranja se absorbe; los fotones tienen la cantidad justa de energía para excitar electrones desde el nivel d inferior al nivel d superior. Debido a que se absorbe la luz naranja, el sulfato de cobre parece tener el color complementario, azul.
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Aquí hay algunas tendencias generales:
1) Los complejos de metales de transición y las impurezas (como el sulfato de cobre hidratado) a menudo son de colores brillantes. Esto se debe a que la simetría del complejo puede dividir los niveles d, y la energía de la división generalmente se encuentra en el rango correspondiente a la luz visible (~ 1 eV). Por ejemplo, las impurezas de cromo son responsables del tono rojo intenso de los rubíes.
2) Los metales puros, por otro lado, son típicamente brillantes. Esto se debe a las amplias transiciones de los orbitales d a s. Para la mayoría de los metales, como la plata, hay transiciones que corresponden a todo el espectro visible, por lo que se reflejan todos los colores. Algunos metales (como el cobre y el oro) carecen de transiciones de energía más altas, por lo que solo se refleja la luz rojiza (es decir, fotones de menor energía).
(El caso del oro frente a la plata es particularmente interesante, porque pertenecen al mismo grupo en la tabla periódica y tienen la misma estructura cristalina. La diferencia de color se debe a los efectos relativistas que alteran los niveles de energía; estos efectos aparecen en oro porque tiene más electrones y los estados accesibles tienen un mayor impulso).
3) Los aisladores de gran espacio son típicamente incoloros porque los fotones de luz visible no tienen suficiente energía para excitar electrones. Ejemplos diarios serían sal de mesa (NaCl) o hielo de agua. Tenga en cuenta que muchos aislantes pueden aparecer coloreados debido a las impurezas del metal de transición; como se mencionó anteriormente, este es el caso de los rubíes.
Pensar en las excitaciones electrónicas es una buena manera de comprender los colores de la mayoría de los materiales, pero debo señalar que no siempre es la mejor manera. Por ejemplo, el color azul del cielo y el color rojo de las puestas de sol generalmente se describen como debido a la dispersión de Rayleigh: el rebote de los fotones de las partículas que son más cortas que la longitud de onda de la luz. Esto afecta a las longitudes de onda más cortas (es decir, luz azul) más que a las longitudes de onda más largas (es decir, luz roja). La dispersión de Rayleigh también ocurre en la leche, debido a la presencia de pequeños glóbulos de grasa; Si tienes una taza transparente y miras una luz a través de una fina capa de leche, ¡aparecerá roja!
