¿Por qué el agua es transparente?

Con todo respeto, es sorprendente que una respuesta incorrecta haya recibido tantos votos positivos. ¡La transparencia del agua no tiene nada que ver con la visión humana u otra vida! ¿El agua no era transparente antes de que existiera la vida? ¡Vamos!

La transparencia es simplemente la propiedad de un medio que permite que los fotones viajen a través de él. Es posible que haya leído que antes de la radiación de fondo cósmico de microondas, el universo era “opaco”, y que luego se volvió “transparente”. ¿Había ojos humanos alrededor quizás?

El agua es transparente simplemente porque permite que los fotones de un cierto rango de frecuencia viajen a través de ella (absorbe algo pero no mucho, por lo que cuanto más profundo llegamos, menos luz llega allí).

En cuanto a la evolución de los ojos, el espectro del Sol es algo así como 5% ultravioleta, 45% visible y 50% infrarrojo o inferior (radio, microondas).
Ver ultravioleta no es una buena idea (aunque algunos animales lo ven como algunos insectos) porque puede dañar fácilmente las moléculas receptoras.

El infrarrojo a frecuencias suficientemente bajas se nota como calor en lugar de como luz, por lo que tampoco es una gran ventaja verlo (aunque las serpientes o los murciélagos pueden verlo).

Por lo tanto, es bastante natural que la mayoría de los ojos se especialicen en ver (parte de) el espectro visible (muchos animales no lo ven por completo, solo una fracción de él). ¡Nada que ver con la transparencia del agua!

El agua es transparente debido al hecho de que las moléculas no están condensadas, sino muy alejadas en el nivel molecular; Por lo tanto, la luz pasa a través del agua más fácilmente que el cemento o una pared.
Una vez que la luz del sol golpea un objeto, el objeto absorbe parte de la luz (digamos azul y amarillo), pero la otra parte (roja) se desvía y golpea la pupila de nuestros ojos. A partir de ahí, nuestros cerebros traducen este tipo de luz como el color que ves. Sin embargo, el agua es diferente. Cuando la luz golpea el agua, hay aproximadamente un 10% de posibilidades (tal vez un 20%) de que la luz realmente golpee el agua, porque el agua no es densa, sino que se separa.
La mayor parte de la luz pasa a través del agua, golpea el objeto del otro lado y desvía las otras partes de la luz hacia nuestros ojos.

Cuando lo piensas, el agua transparente no tiene nada que ver con la evolución, sino con el hecho de que la luz atraviesa el agua más que el mercurio, el cemento, las rocas, etc.
Todavía me pregunto cómo podrían haber evolucionado los ojos. Nos ha tomado 7,000 años inventar un ojo biónico. ¿Cómo podrían las oportunidades caer en los lugares correctos tantas veces que tenemos bastones y conos en pleno funcionamiento, millones de células receptoras de luz y una obra maestra de laberinto de grasa en nuestras cabezas que sorprendentemente tiene la capacidad de traducir la luz? mejor que un robot hecho por el hombre)? ¿Cómo podrían las posibilidades hacer que un código genético sea tan largo y complejo que realmente signifique algo?
¿Cómo viene el orden del desorden?

Para resumir mi teoría,
1. La luz se desvía de la materia
2. Las cosas opacas (como el cemento) tienen mucha materia por pulgada cúbica
3. Las cosas transparentes (como el agua) tienen poca materia por pulgada cúbica
4. Es más difícil para la luz desviar algo con menos materia que desviar algo con más materia

Dhrubajyoti Samanta ha dado una muy buena respuesta a esta pregunta.

Añadido a eso
La luz solar tiene todo el rango de frecuencia posible. Nuestros ojos son capaces de sentir solo cierto rango de frecuencias. Este rango se llama rango visible en el espectro electromagnético.

Imagen tomada de: @Espectro electromagnético

Aparte de eso, un cuerpo se considera transparente si puede transmitir algunas de las ondas de radiación que caen sobre su superficie. Si las ondas electromagnéticas no se transmiten a través de la sustancia, se llama opaca. Cuando las ondas de radiación golpean la superficie de un cuerpo opaco, algunas de las ondas se reflejan hacia atrás mientras que las otras ondas son absorbidas por una capa delgada del material cerca de la superficie.

Imagen tomada de: @ Calentadores infrarrojos | Calefacción Infrarroja Industrial | Elementos calefactores de cerámica

Los objetos como el vidrio o el agua transmiten ondas de radiación de alcance visible, por lo tanto, no podemos ver esos objetos con nuestros ojos. Algunos de estos objetos se pueden ver en la cámara infrarroja porque estos objetos absorben o reflejan la radiación infrarroja.

Diferentes moléculas interactuarán de manera diferente con diferentes tipos de radiaciones de luz.

Usted dice que el agua es transparente, pero si pudiera ver la “luz” infrarroja o de microondas, pensaría que el agua bloquea la luz de la misma manera que no puede ver a través de una pared de concreto. El agua absorbe la mayor parte de la radiación de microondas. Es por eso que un horno de microondas puede calentar su café en la mañana. No absorbe la luz visible, por eso dices que es transparente.

Básicamente, las moléculas de agua no son “afectadas” por la luz visible. Atraviesa sin ser absorbido.

No puedo proporcionar una respuesta educada, pero con la esperanza de que alguien más pueda hacerlo, permítanme señalar dos defectos en las respuestas proporcionadas hasta ahora.

1. Decir que el agua es transparente porque los ojos evolucionaron en el agua plantea la pregunta: ¿por qué el aire es transparente?

2. Quizás haya una definición científica específica de la palabra transparente, pero en el uso diario se está bailando el significado. De hecho, solo busqué transparente en una búsqueda en Google y la frase “agua azul transparente” se incluyó en la definición preferida.

El punto es que el agua no es absolutamente transparente para nuestros ojos. Como tal, la pregunta central parece ser, a nuestros ojos, ¿por qué el agua es menos transparente que el aire o el alcohol y más transparente que el mercurio? Para mí, decir que el espectro de absorción difiere “debido a la forma en que están dispuestos los átomos” es una simplificación excesiva que no proporciona una respuesta verdadera. Lo que lleva a una reformulación aún más exacta de la pregunta:

¿Por qué la disposición específica de los átomos en el agua hace que parezca mayormente transparente en el espectro visible de la luz?

Quizás otros encuentren que algunos elementos de las respuestas proporcionadas aquí hasta ahora también sean suficientes para responder esa pregunta; Solo quería señalar que la forma en que se presentaron y formularon las respuestas hasta el momento, no llegan al meollo de la pregunta. Esto incluye respuestas que describen las características del espectro de absorción del agua, porque eso también es simplemente una tautología.

Creo que el agua es transparente porque los ojos evolucionaron primero en el agua. El rango del espectro EM que detectamos corresponde al espectro para el cual el agua es transparente (absorbe menos). Si hubiéramos evolucionado en mercurio, pensaríamos que el mercurio es transparente y detectaríamos ondas EM que pasan a través del mercurio.

¿Ahora por qué es así?

Porque ser capaz de detectar ondas EM que pasan a través del agua puede ayudarnos mucho a sobrevivir mediante la detección de la fuente de energía (sol) y evitando los depredadores (o encontrando presas / alimentos). ¿Por qué no podemos detectar longitudes de onda de mayor energía que pasan a través de material más denso? Bueno, en primer lugar, algunas criaturas lo hacen (por ejemplo, camarones Mantis). En segundo lugar, no gran parte de la radiación de espectro superior llega a la superficie terrestre. Tercero, los haces de alta energía son difíciles de manejar por el receptor; te destruyen si interactúas con ellos y, por lo tanto, los receptores (ojos) que los detectan son caros de fabricar.

Para obtener más información, consulte la excelente respuesta de Quora User (más detallada y complementaria). [Decidí actualizar esta respuesta ya que muchas más personas la leyeron de lo que esperaba, hubo un saludo en mi respuesta original del que intenté deshacerme, sin cambiar demasiado.]

La luz es una forma de energía electromagnética con una amplia gama de longitudes de onda. Sin embargo, el rango que un ojo humano puede “ver” es un segmento muy pequeño, que varía de aproximadamente 400 nanómetros a aproximadamente 800 nanómetros. Este estrecho rango de longitudes de onda a las que el ojo humano es sensible, se conoce como ‘la región visible’ de la radiación electromagnética.

Dos de las interacciones más importantes que un material puede involucrar con la radiación son la absorción y la dispersión. Cuando la luz incide sobre un objeto, la parte que no se absorbe ni se dispersa, por lo general, se transmite a través de ella al otro lado. Si un material absorbe cualquier parte de la región visible, entonces el material aparece coloreado para nosotros. El color, se ve un objeto, se llama “complementario” a la porción de luz absorbida.

Si un material absorbe todo el rango visible de luz, entonces nos “parece” negro porque apenas queda luz visible del objeto para alcanzar nuestros ojos. Si un material no absorbe ninguna parte del rango visible de luz, entonces el objeto aparece sin color transparente, cuando se transmite la luz, o blanco, cuando se dispersa. El agua tiene moléculas de H {-2} O que no tienen el tipo de electrones que absorben ninguna porción del rango visible (pero tienen electrones que absorben solo en el rango ultravioleta invisible) de la luz y su tamaño es inferior a 4 angstroms (décimo de un nanómetro) con un espacio intermolecular promedio de menos de 10 angstroms. Es por eso que el agua parece transparente. Varios otros líquidos, como el benceno, el alcohol, el cloroformo, el aceite de coco, etc., también parecen transparentes por este motivo.

Incluso cuando el tamaño de los componentes no absorbentes es menor o mayor que la longitud de onda, pero si el espacio entre ellos o el tamaño de los bordes formados por ellos es de alguna manera comparable a la longitud de onda de la radiación visible, entonces el objeto simplemente se ve blanco porque Gran parte de la luz no absorbida está dispersa. Un trozo de tiza, vidrio esmerilado, humo, leche, etc., se ven blancos por este motivo.

Sorce http://megaanswers.com/amp/

Si un material absorbe todo el rango visible de luz, entonces nos “parece” negro porque apenas queda luz visible del objeto para alcanzar nuestros ojos. Si un material no absorbe ninguna parte del rango visible de luz, entonces el objeto aparece sin color transparente, cuando se transmite la luz, o blanco, cuando se dispersa.

El agua tiene moléculas de H {-2} O que no tienen el tipo de electrones que absorben ninguna porción del rango visible (pero tienen electrones que absorben solo en el rango ultravioleta invisible) de la luz y su tamaño es inferior a 4 angstroms (décimo de un nanómetro) con un espacio intermolecular promedio de menos de 10 angstroms. Es por eso que el agua parece transparente. Varios otros líquidos, como el benceno, el alcohol, el cloroformo, el aceite de coco, etc., también parecen transparentes por este motivo.

¿No es como preguntar “por qué el cielo es azul” o “por qué el agua es un líquido”?

Sam Sanai tiene la respuesta al revés. El agua no es transparente porque los ojos evolucionaron por primera vez en agua. Los ojos evolucionaron en el agua porque el agua es transparente.
La analogía del mercurio no me está ganando. El agua es el “solvente universal” y muchas reacciones químicas funcionan mejor en el agua, incluidos los gradientes de difusión, gracias a la polaridad débil, el tamaño pequeño y la estabilidad del agua líquida en un amplio rango de temperaturas y presiones. Un metal líquido tan denso como el mercurio, y es líquido en un rango mucho más estrecho, y es raro en el universo (a diferencia del hidrógeno y el oxígeno), hace que sea más que improbable que la vida se desarrolle en él.

Primero, no lo es: el fondo del océano está oscuro.
Es decir, depende del grosor que considere y también de la longitud de onda (el rojo se detiene mucho más rápido que el azul).

La distancia entre las moléculas es mucho más pequeña que la longitud de onda de la luz para verla como un material continuo: no hay difusión que pueda blanquear o desenfocar la imagen.

El agua no es un metal, por lo que no hay un campo de electrones común para resonar y absorber fotones. Por lo tanto, los fotones solo pueden ser absorbidos si luego coinciden con un espacio entre las capas electrónicas de la molécula, o si corresponden a un espacio de otro cambio de configuración en los grados mecánicos de libertad. Esto es raro, por lo que el coeficiente de absorción es bajo.

Wikipedia afirma que ningún pájaro puede ver en la parte infrarroja del espectro EM que permitiría la visión en completa oscuridad. ¿Por qué no ha evolucionado la visión infrarroja de aves o animales? Parecería que poder ver en la oscuridad completa otorgaría una gran ventaja revolucionaria, además de ser extremadamente genial.

La retina del Tawny Owl tiene aproximadamente 56,000 varillas sensibles a la luz por milímetro cuadrado (36 millones por pulgada cuadrada); aunque las afirmaciones anteriores de que podía ver en la parte infrarroja del espectro han sido descartadas. [39]

El agua absorbe fuertemente en la mayoría de las longitudes de onda en el espectro electromagnético, pero tiene una ventana estrecha de transparencia que incluye el espectro visible. El alcance del espectro de absorción que se muestra es desde longitudes de onda del orden de un kilómetro hasta aproximadamente el tamaño de un protón, unos 10-15 metros. No absorbe en el rango de longitud de onda de la luz visible, aproximadamente 400-700 nm, porque no existe un mecanismo físico que produzca transiciones en esa región; es demasiado enérgico para las vibraciones de la molécula de agua y por debajo de las energías necesarias para causar transiciones electronicas

La respuesta de Pritesh Desai es la mejor publicada hasta el momento, pero debo señalar que la respuesta de Sam Sinai realmente comenzó esta conversación con el pie equivocado. La pregunta que se hizo originalmente era equivalente a preguntar: “¿Por qué las frecuencias visibles de luz pasan a través del agua sin ser absorbidas o difundidas?” La evolución no puede tener nada que ver con esa pregunta porque el agua no “evoluciona”. Las propiedades físicas de las sustancias (como H20) no cambian, ya que se remontan al comienzo del universo.

Sam estaba respondiendo una pregunta diferente: “¿Por qué los humanos pueden percibir la luz en las frecuencias que no son absorbidas o difundidas por el agua?” La evolución es una buena respuesta especulativa a esa pregunta … pero esa no fue la pregunta que se hizo.

En respuesta a la pregunta formulada, la mejor oración publicada hasta ahora es la de Pritesh: “No existe un mecanismo físico que produzca transiciones en esa región [del espectro de longitud de onda]: es demasiado enérgico para las vibraciones de la molécula de agua y debajo de las energías necesario para causar transiciones electrónicas “.

El color intrínseco del agua es azul (es decir, debido a la absorción vibratoria selectiva en la parte roja del espectro visible, el azul es el color complementario del rojo). Se puede observar cuando la luz pasa a través de varios metros de agua. Por lo tanto, uno esperaría que el ojo en evolución detecte el azul como el “color transparente”. Además, la transmisión calculada de un tubo lleno de agua de 3 m es del 44% (a 660 nm), debido principalmente a la pérdida de la intensidad del rojo.
Supongo que una forma de abordarlo experimentalmente es preparar dos soluciones igualmente absorbentes, una solución sería, por ejemplo. una solución roja, y la otra azul, y determine si la solución azul se concibe como la más transparente a simple vista.
La premisa de Darryl Meistor me atrae de muchas maneras.

Como señaló Larry Jankowski, la pregunta original debe formularse de manera diferente. El agua es transparente a la radiación visible o “luz”, independientemente de si nuestros ojos (o cualquier detector, en realidad) pueden ver esta radiación. Si una sustancia es “transparente” a la luz dependerá de la capacidad de las moléculas (o átomos) para absorber y reemitir las longitudes de onda asociadas con la luz, en lugar de convertir la energía en calor. (La presencia de moléculas que son más grandes que la longitud de onda de la luz también puede hacer que la luz se disperse, por lo que el cielo es azul).
Sin embargo, sin duda tendría sentido preguntar si nuestros ojos evolucionaron para detectar la banda de radiación que ahora vemos como luz * porque * el agua solo es transparente para estas longitudes de onda. Puede haber contribuido a la evolución temprana de nuestros ojos, pero tenga en cuenta que nuestros ojos están realmente fuera de foco cuando están sumergidos en el agua. Además, lo que ahora vemos como el rango “visible” del espectro electromagnético (380 a 780 nm) indudablemente tiene varias ventajas prácticas asociadas a él para su uso por un órgano sensorial como nuestros ojos. Hay una abundancia de esta radiación en el medio ambiente debido al sol, no es ionizante, no es absorbida significativamente por nuestra atmósfera, los objetos en nuestro medio ambiente reflejan esta radiación de maneras que nos permiten discriminar fácilmente, tiene un tamaño suficientemente pequeño. longitud de onda para proporcionar una buena resolución de imagen, etc.

Como ya sabe, el agua (pura) está hecha de moléculas de hidrógeno y oxígeno.

El color de cualquier sustancia se debe a los elementos involucrados, por ejemplo. El color azul es el vidrio se debería al cobalto (cobre). Dado que el oxígeno y el hidrógeno son incoloros (algunos elementos base son incoloros pero el compuesto podría ser colorido … en caso de compuestos de elementos de tierras raras), estamos obteniendo agua incolora.
Si hay algunas impurezas, pueden cambiar el color. Corrígeme si me equivoco.

Entonces . . .

El agua es transparente para algunas longitudes de onda y no para otras, como lo es el mercurio; la implicación es que, si evolucionáramos en mercurio líquido, veríamos en las longitudes de onda a las que el mercurio es transparente. Me resulta difícil imaginar qué tipo de vida podría sobrevivir con mercurio líquido, pero eso no viene al caso.

Del mismo modo, algunos objetos que son opacos para nosotros (por ejemplo, nuestras manos) son transparentes a otras longitudes de onda (por ejemplo, rayos X), aunque tengo que decir que nuestras manos no son completamente opacas a la luz visible. ¿Alguien más ha brillado una antorcha pequeña y brillante a través de los extremos de sus dedos?

Esto plantea la pregunta: ¿son todas las sustancias transparentes a ciertas longitudes de onda del espectro electromagnético?

El agua es transparente porque tiene propiedades de no absorber demasiada energía a la frecuencia de la luz visible. El índice de refracción del agua es similar al del aire, por lo que los rayos de luz no pueden reflejarse. El agua se obtiene de varios recursos, que se analizan en estos enlaces: http://en.wikipedia.org/wiki/Water

El agua parece transparente porque sus moléculas no absorben la luz en el rango visible, que es el que nuestros ojos pueden ver. Sin embargo, no es transparente a las longitudes de onda de luz IR o microondas. Ese es el mecanismo por el cual funcionan los hornos de microondas (la absorción de energía luminosa en la región de microondas por las moléculas de agua en los alimentos).

Este fenómeno es similar a uno en el que un vidrio rojo aparece rojo porque la luz roja pasa a través del vidrio y las otras longitudes de onda de la luz no lo hacen. Ahora, si solo pasamos la luz roja, parecerá ser completamente (o casi completamente) transparente. Pero si pasamos, digamos luz azul, el cristal rojo parece negro (al menos casi negro).

Espero que esto ayude.