آیا یک اتم رنگ دارد؟

مدیران انجمن: javad123javad, parse

ارسال پست
نمایه کاربر
rohamjpl

نام: Roham Hesami

محل اقامت: City of Leicester Area of Leicestershire LE7

عضویت : سه‌شنبه ۱۳۹۹/۸/۲۰ - ۰۸:۳۴


پست: 1009

سپاس: 676

جنسیت:

تماس:

آیا یک اتم رنگ دارد؟

پست توسط rohamjpl »

پاسخ واقعاً به این بستگی دارد که شما "رنگ داشتن" را چگونه تعریف کنید. اصطلاح "رنگ" به نور مرئی با فرکانس معین یا مخلوطی از فرکانس های نور مرئی اشاره دارد. بنابراین، کلمه "رنگ" محتوای فرکانسی هر نوع نور مرئی را توصیف می کند. هر زمان که نور مرئی وجود داشته باشد، می توانیم آن را دارای رنگ خاصی توصیف کنیم. با در نظر گرفتن این موضوع، راه های مختلفی وجود دارد که یک جسم می تواند نور مرئی را منعکس یا ساطع کند. بنابراین، راه های زیادی وجود دارد که یک شی می تواند "رنگ داشته باشد". در حالی که یک اتم منفرد و ایزوله می تواند نور مرئی را به چندین مورد از این راه ها منعکس یا ساطع کند، در همه راه ها شرکت نمی کند. اگر "رنگ داشتن" را خیلی محدود تعریف کنید به طوری که فقط مکانیسم های خاصی را شامل شود، پس اتم ها رنگ ندارند. اگر "رنگ داشتن" را گسترده تر تعریف کنید، اتم ها یک رنگ دارند. اجازه دهید راه‌های مختلفی را که یک جسم می‌تواند نور مرئی را بازتاب یا ساطع کند و هر کدام را به یک اتم اعمال کند، بررسی کنیم.سیب قرمز
بیشتر اشیاء روزمره به دلیل بازتاب حجیم، شکست و جذب، رنگی را نشان می دهند.
1. بازتاب حجیم، شکست و جذب
رایج‌ترین و روزمره‌ترین روشی که اشیا می‌توانند نور مرئی را به چشم ما بفرستند از طریق انعکاس حجیم، انکسار و جذب است. این سه اثر همگی بخشی از یک مکانیسم فیزیکی هستند: برهمکنش یک پرتو نور خارجی با اتم های زیادی در یک زمان. هنگامی که نور سفید که شامل همه رنگ ها است، به سطح سیب قرمز برخورد می کند، امواج نوری که به رنگ های نارنجی، زرد، سبز و آبی هستند جذب اتم های پوست سیب می شوند و به گرما تبدیل می شوند، در حالی که امواج قرمز بیشتر منعکس می شوند. برگشت به چشمان ما مقداری از نور نیز از طریق پوست سیب منتقل می شود و در حین عبور کمی خم می شود. ما این انتقال خمیده نور را "انکسار" می نامیم. برخی از مواد مانند شیشه مقدار زیادی نور را از خود عبور می دهند در حالی که سایر مواد مانند سیب نور بسیار کمی را از خود عبور می دهند.
نکته کلیدی در اینجا این است که انعکاس، شکست و جذب سنتی یک پدیده توده ای را تشکیل می دهند که در آن هر پرتو نور با ده ها تا میلیون ها اتم به طور همزمان برهم کنش می کند. این زمانی منطقی است که در نظر بگیرید که نور مرئی دارای طول موجی است که حدود هزار برابر بزرگتر از اتم است. امواج نور مرئی بسته به رنگ، طول موجی از 400 نانومتر تا 700 نانومتر دارند. در مقابل، اتم ها عرضی در حدود 0.2 نانومتر دارند. این اختلاف به این دلیل است که شما نمی توانید اتم های جداگانه را با استفاده از میکروسکوپ نوری ببینید. اتم ها بسیار کوچکتر از نوری هستند که می خواهید برای دیدن آنها استفاده کنید. بنابراین، رنگ یک جسم که از بازتاب، شکست و جذب سنتی به‌وجود می‌آید، نتیجه چگونگی پیوند و چیدمان چند اتم است و نه نتیجه رنگ واقعی اتم‌های منفرد. به عنوان مثال، اتم های کربن را بردارید و آنها را به یک شبکه الماس متصل کنید، و یک الماس شفاف به دست می آورید. در مقابل، اتم های کربن را بگیرید و آنها را به صفحات شش ضلعی متصل کنید و گرافیت خاکستری به دست می آید. ماهیت پیوند بین بسیاری از اتم‌ها چیزی است که رنگ سنتی یک ماده را تعیین می‌کند و نه نوع خود اتم‌ها. اگر هیچ پیوندی بین هیچ اتمی نداشته باشید، یک گاز تک اتمی دریافت می کنید که نامرئی است (حداقل بر اساس بازتاب سنتی، شکست و جذب).
رنگ اکثر اشیاء روزمره اطراف ما، از سیب گرفته تا مداد و صندلی، از انعکاس حجیم، انکسار و جذب سنتی ناشی می شود. این مکانیسم انتقال نور به قدری رایج و شهودی است که می‌توانیم «داشتن رنگ» را به طور محدود تعریف کنیم و فقط این مکانیسم را شامل شود. با در نظر گرفتن این تعریف محدود، بنابراین، یک اتم منفرد برای داشتن رنگ بسیار کوچک است.
سنگ مذاب
اجسام داغ قرمز مانند سنگ مذاب از طریق تشعشعات حرارتی رنگ را نشان می دهند.
2. تشعشع حرارتی
یک میله آهن را به اندازه کافی گرم کنید تا قرمز شود. بنابراین می توانید بگویید که رنگ یک میله آهنی داغ قرمز درخشان است. رنگ قرمز میله آهنی در این مورد به دلیل تابش حرارتی است که مکانیزمی است که با انعکاس حجیم، شکست و جذب بسیار متفاوت است. در مکانیسم تابش حرارتی، اتم های یک جسم به شدت به یکدیگر برخورد می کنند که نور ساطع می کنند. به‌طور دقیق‌تر، برخوردها باعث می‌شود که الکترون‌ها و اتم‌ها به حالت‌های انرژی بالاتر برانگیخته شوند و سپس الکترون‌ها و اتم‌ها وقتی به حالت‌های انرژی پایین‌تر برمی‌گردند، نور ساطع می‌کنند. از آنجایی که برخوردهای ناشی از حرکت حرارتی تصادفی هستند، منجر به طیف گسترده ای از تحریکات انرژی می شوند. در نتیجه، تابش حرارتی ساطع شده حاوی رنگ های زیادی است که طیف وسیعی از فرکانس ها را در بر می گیرد. نکته جالب در مورد تابش حرارتی این است که رنگ آن بیشتر ناشی از دمای جسم است و کمتر ناشی از ماده جسم است. اگر بتوانید بدون تبخیر یا واکنش شیمیایی آن را به دمای مناسب برسانید، هر ماده جامد قرمز می درخشد.کلید تشعشع حرارتی این است که خاصیت نوظهور برهمکنش بسیاری از اتم ها است. به این ترتیب، یک اتم نمی تواند تشعشع گرمایی ساطع کند. بنابراین حتی اگر تعریف "دارای رنگ" را به تابش گرمایی بسط دهیم، اتم های منفرد هنوز رنگ ندارند.
آسمان روز
آسمان روز نمونه ای از این است که چگونه مولکول های منفرد و کوچک می توانند رنگ را از طریق پراکندگی ریلی نشان دهند.
3. پراکندگی رایلی
پراکندگی رایلی که بیشتر به آن «پراکندگی طول موج بلند» می‌گویند، زمانی است که نور از اتم‌ها و مولکول‌های منفرد منعکس می‌شود. اما از آنجایی که نور بسیار بزرگتر از اتم ها است، پراکندگی رایلی در واقع "جهش" موج نور از ذره کوچکی مانند یک اتم نیست، بلکه بیشتر موردی برای غوطه ور کردن ذره در میدان الکتریکی است. موج نور میدان الکتریکی یک دوقطبی الکتریکی نوسانی را در ذره القا می کند که سپس تابش می کند. از آنجایی که مکانیسم بسیار متفاوت است، پراکندگی ریلی نور سفید از ذرات کوچک همیشه همان طیف گسترده ای از رنگ ها را ایجاد می کند که آبی و بنفش قوی ترین هستند. رنگ پراکندگی ریلی همیشه یکسان است (با فرض اینکه نور فرودی سفید باشد) و عمدتاً مستقل از ماده جسم پراکنده است.
بنابراین، یک اتم به این معنا که در پراکندگی رایلی شرکت می کند، رنگ دارد. به عنوان مثال، جو زمین بیشتر از مولکول های کوچک اکسیژن (O2) و مولکول های نیتروژن (N2) تشکیل شده است. این مولکول ها به اندازه کافی از هم فاصله دارند که مانند مولکول های منفرد و جدا شده عمل می کنند. هنگامی که نور سفید خورشید در طول روز به مولکول های هوای جدا شده برخورد می کند، طبق پراکندگی ریلی پراکنده می شود و آسمان را به رنگ سفید مایل به آبی مایل به بنفش در می آورد. این واقعیت که ما می‌توانیم آسمان روز را ببینیم، موید این واقعیت است که مولکول‌های کوچک و منفرد می‌توانند نوعی رنگ از خود نشان دهند. در حالی که ما در مورد مولکول های کوچک در مورد آسمان صحبت می کنیم، همین اصل در مورد اتم های منفرد نیز صدق می کند. اگر به درستی درک شود، رنگ در پراکندگی رایلی بیشتر به خود برهمکنش تعلق دارد تا به انواع واقعی اتم های درگیر. فقط به این دلیل که آسمان آبی است لزوماً به این معنی نیست که اتم های نیتروژن آبی هستند. پراکندگی رامان بسیار نادرتر از پراکندگی رایلی است، اما در زمینه این بحث تقریباً یکسان است. پراکندگی رامان از این جهت متفاوت است که مقداری از انرژی نور فرودی در داخل به ذره از دست می‌رود به طوری که نور پراکنده شده در فرکانس پایین‌تر جابه‌جا می‌شود.
تابلوی نئون
علائم نئون نمونه ای از چگونگی نمایش اتم های منفرد از طریق تخلیه گاز هستند.
4. تخلیه گاز
تخلیه گاز (به عنوان مثال نور نئون) شاید مکانیزمی باشد که به بهترین وجه با مفهوم یک اتم منفرد "دارای رنگ" مطابقت دارد. تخلیه گاز زمانی اتفاق می‌افتد که اتم‌های خالص را بگیرید، آنها را در حالت گاز با چگالی کم از یکدیگر جدا کنید و سپس با استفاده از جریان الکتریکی آنها را تحریک کنید. هنگامی که اتم ها برانگیخته می شوند، نور مرئی ساطع می کنند. نکته کلیدی در اینجا این است که یک اتم خاص فقط می‌تواند به روش‌های خاصی برانگیخته شود، برانگیخته شود و نور ساطع کند. این منجر به این می شود که رنگ یک اتم در هنگام تخلیه گاز به شدت به نوع اتم درگیر گره می خورد. طیف فرکانس یک اتم در هنگام تخلیه گاز به عنوان "اثر انگشت" رنگ آن نوع خاص از اتم در نظر گرفته می شود. به عنوان مثال، علائم نئون واقعی همیشه قرمز هستند، زیرا اتم های نئون خود در زیر تخلیه گاز قرمز هستند. اتم های آرگون در زیر تخلیه گاز اسطوخودوس هستند، در حالی که اتم های سدیم زرد و اتم های جیوه آبی هستند. بسیاری از رنگ های تولید شده توسط نورهای "نئون" با مخلوط کردن گازهای مختلف با یکدیگر به دست می آیند. «آزمایش شعله» که در شیمی برای تشخیص اتم‌های خاص استفاده می‌شود، اساساً نسخه‌ای با کنترل کمتر و خالص‌تر از یک لامپ تخلیه گاز است.
توجه داشته باشید که فلورسانس (مانند یک لامپ فلورسنت)، فسفرسانس و انتشار لیزر گازی همگی شبیه تخلیه گاز هستند، زیرا الکترون های هیجان انگیز را در اتم های منفرد یا مولکول های ساده در بر می گیرند. برخلاف تخلیه گاز، که اتم را مجبور می کند تا تمام رنگ های مشخصه خود را ساطع کند. فلورسانس، فسفرسانس و انتشار لیزر همگی شامل بهره برداری از انتقال های خاصی هستند به طوری که فقط رنگ های اتمی خاصی منتشر می شوند. تا آنجا که به خصوصیات رنگ اتمی مربوط می شود، می توان آنها را موارد خاصی از تخلیه گاز در نظر گرفت.
راه های زیادی وجود دارد که یک جسم یا ماده می تواند نور مرئی را ساطع یا منعکس کند. مانند از طریق نوترکیبی الکترون-حفره نیمه هادی (در LED)، تابش چرنکوف، واکنش های شیمیایی، تابش سنکروترون، یا سونولومینسانس. اما همه اینها شامل برهمکنش اتم های زیادی است یا اصلاً هیچ اتمی وجود ندارد و بنابراین به بحث فعلی مربوط نمی شود.
به طور خلاصه: به معنای بازتاب سنتی، شکست، جذب و تابش حرارتی، اتم های منفرد نامرئی هستند. به مفهوم پراکندگی ریلی و اتم های تخلیه گاز یک رنگ دارند.I hope I help you understand the question. Roham Hesami smile072 smile261 smile260 رهام حسامی ترم پنجم مهندسی هوافضا
تصویر

ارسال پست