Pregunta: ¿Por qué los materiales tienen colores característicos?
El color que vemos cuando miramos algo depende de muchos factores, incluido el color de la luz que ilumina el objeto, el color de la luz absorbida por el medio que está observando (como el aire o el agua), el color de objetos alrededor del objeto que está observando, etc.
Sin embargo, en función de su pregunta sobre el “color característico” de las cosas, supongamos que toma la consistencia del color de un objeto cuando se observa bajo un conjunto estándar de condiciones.
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Primero, debido a la naturaleza dual de la luz, la luz a veces actúa como una onda, a veces actúa como una partícula. Cuando actúa como una onda, podemos hablar de la frecuencia de la onda, cuando actúa como una partícula, hablamos de la energía que contiene. La frecuencia de la luz es directamente proporcional a la energía de las partículas (o fotones) que componen la luz. La calidad de la luz que llamamos color está determinada por la frecuencia de la onda o la energía del fotón. Es posible que escuche a la gente hablar sobre la longitud de onda de la luz, pero, dado que la velocidad de la luz es constante, esa es solo otra forma de describir la frecuencia.
Los objetos tienen color por una de tres razones:
1) Un objeto puede absorber todo menos un conjunto fijo de frecuencias. Los que el objeto no absorbe se reflejan en nuestro ojo y vemos el objeto como el color reflejado.
2) Un objeto puede generar su propia luz y la frecuencia de la luz generada determina el color que vemos.
3) Un objeto puede absorber luz, luego emitir nueva luz, a menudo de una frecuencia diferente, y vemos el objeto como el color de la luz reemitida.
Cuando un objeto absorbe luz, los fotones de la luz entrante agregan energía a los electrones de los átomos del objeto. La energía adicional hace que los electrones
saltar al siguiente nivel de energía en el átomo. Debido a la naturaleza cuántica de los niveles de energía, el electrón solo absorberá un fotón si el fotón tiene exactamente la cantidad correcta de energía (o frecuencia) para que el electrón lo absorba. Así, la frecuencia a ser absorbida está determinada por la diferencia entre los niveles de energía en la capa exterior de los átomos.
Una vez que el electrón salta al siguiente nivel de energía, puede permanecer allí por un tiempo (unos pocos nanosegundos, o incluso microsegundos), luego volver a su nivel original. Cuando lo hace, emite un nuevo fotón, cuya energía (y, por lo tanto, la frecuencia) está determinada por la diferencia entre los niveles de energía. Este fotón emitido es la luz que vemos en la condición # 3 anterior.
Si el objeto no vuelve a emitir el fotón, ha absorbido la luz original y se refleja el resto de la luz. Vemos la luz reflejada como el color del objeto (como en la condición # 1). El electrón eventualmente volverá a su nivel de energía base, pero, por varias razones, creará luz que no vemos.
Finalmente, si agregamos suficiente energía al objeto (en forma de calor, electricidad, etc.) haremos que los electrones en sus átomos se exciten, lo que hará que emitan fotones. La energía de los fotones emitidos por los electrones determina la frecuencia que vemos.
Esencialmente en las tres condiciones, la frecuencia de la luz que vemos cuando miramos un objeto está determinada por la diferencia en los niveles de energía de las capas más externas de los átomos que forman el objeto. Los átomos de diferentes materiales tienen diferentes niveles de energía en sus capas externas, por lo que el material determina la energía de los fotones emitidos, y la energía del fotón determina la frecuencia, que determina el color que vemos.
