Mitől függenek a tárgyak fényelnyelési tulajdonságai?

Azért egy negyed mondatod szólt erről, jól!

[link]

A különböző színek különböző hulláhosszúak, ezért lehet őket fizikai módszerekkel "szétválogatni"...

Ugye pl. szivárvány vagy a prizma

Ha tudsz angolul ezt olvasd el.

[link]

Amúgy a "light-matter interactions" egy külön tudományág a kvantumfizikában. Ezért a válasz ezekre a kérdésekre nagyon bonyolult.

"Akkor pl ha a vörös fénynek nagyobb a hullámhossza, mint a kéknek, akkor kisebb a frekvenciája is. De nem tudom kitalálni, hogy melyiket veszik fel a gerjesztéshez nagyobb energiát igénylő atomok és melyiket a kisebbet. Mert úgy lenne logikus, hogy mivel kevesebb a frekvenciàja a vörös fénynek ezért időegység alatt kevesebb energiát tud az anyaggal közölni."

Valóban minél nagyobb a fény frekvenciája, annál nagyobb az egy fotonra jutó energia. (Egyenes arányosság van a kettő között.)

"Viszont kémiában pl a vörös az egy nagyobb különbséget jelent az elektronpályák között"

Nem jelent.

"az elektronátmenetnél. Pl 1,4-benzokinon az piros, de a fenol és a benzol már színtelen"

A fenol és a benzol gerjesztési tartománya már a láthatónál kisebb hullámhosszú (nagyobb energiájú) ultraibolya tartományban van. (Az 1,4-benzokinon pedig tudtommal sárga.) Az alábbi képen látszik pl. a benzol, fenol és 4-nitrofenol abszorpciós (fényelnyelési) spektruma. Jól látható, hogy a benzol és a fenol elnyelése 400 nm alá (és nagyrészt a nitrofenolé is), az UV tartományba esik, a látható tartományban érdemi elnyelésük nincs.

[link]

" a nátrium égése sárga színű (mert nagyobb a különbség az elektronátmenetben a Na és az O2 között) míg asszem a Céziumé halványkékes."

A nátrium égése során a narancssárga lángfestést a gerjesztett nátriumatomok okozzák. A nátrium és a cézium összehasonlításnál a zavart az okozza, hogy egy atom többféleképpen is gerjeszthető, hiszen bármely elektront tartalmazó pályáról bármely telítetlen pályára kerülhet elektron. Az alábbi linken látható a hidrogén emissziós képe (ami a gerjesztés hatására történő kisugárzást mutatja).

[link]

Látható, hogy sok különböző hullámhosszon sugározhat ki, attól függően, hogy pontosan milyen gerjesztés történt. (Milyen energiájú pályára került az elektron.)

A többi atomnál is hasonló a helyzet. (Sőt, tulajdonképpen bonyolultabb, hiszen több elektronjuk van.) Itt látható az alkálifémek emissziós színképe (a látható tartományban):

[link]

Itt pedig láthatók a nátriumatom lehetséges gerjesztési állapotai (kiemelve a narancssárga fény kibocsátásáért felelős 3p -> 3s átmenetet):

[link]

Szóval a nátrium-cézium összehasonlítás esetében a várttól eltérő színképre a magyarázat, hogy nem ugyanolyan típusú gerjesztésről beszélünk a két esetben.

" akkor a periódusos rendszerben a bal felső sarkotól jobbra lefele haladva annál nagyobb energiát igényel az atomok gerjesztése (~mert több elektronhélyuk, több elektornjuk van)."

Az ionizációs energia a bal felső saroktól a jobb alsó fele csökken.

[link]

A gerjesztési energia (atomok esetében) nagyjából ezzel lesz arányos, bár több tényező befolyásolhatja. Egyébként a periódusos rendszer elemei (a nemesgázokat kivéve) nem atomos formában szoktak előfordulni (például a hidrogén és oxigén kétatomos molekulákat alkotnak), ilyen formában pedig egészen más a gerjeszthetőségük.

"az oxigén (ami szintén színtelen) ami piros lángokkal fog égni?"

????????????????????????????

Az oxigén nem éghető, hanem maga az oxidálószer (az égést tápláló anyag. A piros lángot meg elképzelésem nincs, honnan vetted.

"Tehát a periódusos rendszer jobb alsó sarkában kéne azoknak az atomoknak lenniük, amik gerjesztése nagy energiát igényel, a bal felsőben meg amié kicsit?"

Ezt nem tudom, honnan veszed.

"A fekete szín az nagyon magas frekvenciájú, míg a fehér az nagyon alacsony (ebből kifolyólag ha jól következtettem)."

Úgy látom, alapvető hiányosságaid vannak a színtannal kapcsolatban.

A fény elektromágneses hullám. A hullámok jellemezhetőek frekvenciával, hullámhosszal és amplitúdóval (a maximális kitérés mértékével). A hullámhosszról és frekvenciáról már beszéltük, hogy fordítottan arányosak. A fény hullámhosszát/frekvenciáját mi színként érzékeljük. Beszélhetünk egy adott hullámhosszú fénysugárzásról (monokromatikus fény), de előfordulhat az is, hogy a sugárzás több különböző hullámhosszú fényt tartalmaz (például a 9 hozzászólásodban felvetetted, hogy ha kék és vörös fény érkezik egyszerre a szemünkbe, azt lilának érzékeljük). A legtöbb fényforrás olyan fényt bocsájt ki, ami nem csak egyféle hullámhosszú fénysugarat tartalmaz.

Ha a látható tartományból az összes hullámhosszon (nagyjából egyforma erősséggel) érkezik a szemünkbe fénysugár, azt fehér fények érzékeljük. Ilyen a napfény is. Mivel a különböző hullámhosszú fénysugarak eltérő mértékben törnek meg, egy prizma (vagy prizmaként viselkedő esőcseppek) felbonthatják a fehér fényt az azt kialakító színű fénysugarakra.

Feketének pedig a fény hiányát érzékeljük. (Az ősi bölcsesség is megmondta, hogy sötétben minden tehén fekete.)

Egy tárgy színe (ha nem bocsájt ki saját fényt) alapvetően attól függ, hogy milyen fénysugarakat nyel el, és milyen fénysugarakat ver vissza. (Emellett még a fény szóródása is befolyásolhatja a dolgot, de abba most nem mennék bele.) Az anyagok eltérő mértékben nyelhetik el a különböző hullámhosszú fénysugarakat. Ez amiatt van, amiről korábban beszéltünk: az anyagokban levő elektronokat a fény gerjeszteni tudja (azaz magasabb energiájú pályára kerülhetnek tőle), miközben a fény elnyelődik. Mivel az elektronpályák energiája adott, az energiakülönbségek csak bizonyos nagyságúak lehetnek, így csak bizonyos hullámhosszú (energiájú) fénysugarakat nyelhetnek el. Mi viszont csak azokat a fénysugarakat fogjuk érzékelni, amiket az anyag visszaver (vagy átereszt), így ez fogja meghatározni, milyen színűnek látjuk.

Például a klorofill (a növények fő színanyaga) zöld színű. Ez azért van, mert a kék és vörös (és kisebb mértékben az ibolya, narancs és sárga) színű fénysugarakat elnyeli, és így (jelentős mértékben) csak a zöld színű fénysugarak fognak róla visszaverődni, ezt fogja a szemünk érzékelni.

A karotin azért narancssárga mert az ibolya, kék (és kisebb mértékben a zöld) fénysugarakat elnyeli, és csak a sárga, narancs és vörös fénysugarak érkeznek a szemünkbe, amit összességében narancssárgának érzékelünk. Az alábbi képen látható a klorofillok és karotinok fényelnyelési görbéje a hullámhossz (szín) függvényében:

[link]

A fémek azért lesznek szürkések, mert a delokalizált elektronjaik miatt (a vas és a réz kivételével) a teljes látható tartomány fénysugárzását nagyjából egyenletesen tudják elnyelni, ahogy a 2. válaszoló is említette. (A fényvisszaverődés mértékétől függ, hogy mennyire verik vissza a fényt.)

A fehér és átlátszó anyagok nem (vagy csak minimálisan) nyelik el a látható fényt. A kettő között az a különbség, hogy a fehér anyagok szórják a fényt. Ez gyakran nem az anyagi minőségtől függ. Gondolja a jégre. Egy jégtömb átlátszó. Azonban ha hó formájában van, fehér, hiszen az apró hókristályokon szóródik a fény.

Arra figyelj, hogy az ionizációs és a gerjesztési energia nem ugyanaz! Van összefüggés a kettő között, de másra vonatkoznak. Eleve (ahogy már korábban próbáltam megmutatni) gerjesztési energiából egyetlen atomban is nagyon sokféle lehet.

"Bocsi az oxigénes égés egy fail volt, véletlen volt. Magnéziumot akartam írni, hogy azt oxidálja az oxigén amely ez esetben redukálódik."

A magnézium vakító fehér lánggal ég.