No estoy seguro de qué es lo que hace que las moléculas de gas sean invisibles. Esta pregunta puede parecer tonta pero realmente quiero saber la historia que hay detrás de ella.
El $N_2O_2$ parece ser más blanco que incoloro en esa imagen.
Respuestas
¿Demasiados anuncios?
(Fotografía: Efram Goldberg)
[Nota: la ampolla más a la izquierda se enfría a -196°C y se cubre con una capa blanca de escarcha .]
$NO_2$ es un buen ejemplo de gas de colores. $N_2O_4$ (incoloro) existe en equillibrio con $NO_2$ . A menor temperatura (a la izquierda en la foto de Wikipedia), $N_2O_4$ se favorece, mientras que a mayor temperatura $NO_2$ es favorecida.
Para que un gas tenga color, tiene que haber una transición electrónica correspondiente a la energía de la luz visible.
$F_2$ (amarillo pálido) , $Cl_2$ (verde pálido) , $Br_2$ (rojizo) y $I_2$ (púrpura) son otros ejemplos de gases con color.
Un análisis completo de lo visible o invisible que es un gas tendría en cuenta la densidad del gas, la longitud del recorrido de la luz, la Dispersión Rayleigh función del gas, y la absorbancia coeficientes de cualquier transiciones electrónicas disponibles para las moléculas de gas o átomos en el rango visible.
@naught101 hay algo de escarcha en el exterior de la ampolla en el extremo izquierdo porque está a -196 grados C. El resto son de 0 C a 50 C.
Ah, vale. Sin embargo, incluso la segunda desde la izquierda parece un poco más opaca que las otras tres (es más difícil ver la parte trasera del anillo).
qed
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En primer lugar, las moléculas de gas no son invisibles. Hay muchos elementos cuyo estado gaseoso es bastante coloreado, pero éstos (el yodo, por ejemplo) están en cantidades tan raras en la atmósfera que el efecto neto no es perceptible para el ojo. Además, si buscas en Google "curvas de transmisión atmosférica", verás todo tipo de absorciones espectrales, de nuevo a velocidades que normalmente no son detectables por el ojo.
En efecto, las especies más frecuentes (nitrógeno, oxígeno, CO2, etc.) no absorben ni reflejan significativamente en el espectro visible. Esto es en parte (aunque no del todo, ya que se trata de una cuestión biológica más que física) la razón por la que nuestros ojos ven en el rango que lo hacen.
EDIT: a petición de @DavidRicherby añadiendo: estos gases no absorben porque no tienen resonancias o huecos de cáscara de electrones que coincidan -- o como todo el mundo ha dicho, porque la sección transversal de absorción que tienen es lo suficientemente pequeña como para que el efecto neto no sea distinguible a nuestros ojos
Aunque reflejen la luz, ¿podemos decir que no son detectables para nuestros ojos (porque las moléculas de gas son tan pequeñas (alrededor de $2X10^{-9} m$ o incluso más pequeño) y aparte)?
@Godparticle Supongo que sí, pero la invisibilidad por tamaño se aplica a todas las moléculas. Estaba interpretando la pregunta como "¿por qué una gran mancha de (elija un gas) no tiene un color que podamos ver?"
Ivan Petrushev
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158
Como se ha dicho en muchas respuestas, no todos los gases son incoloros, por ejemplo el gas cloro es de color amarillo pálido, lo cual es bueno porque es muy peligroso.
Así que los gases de nuestra atmósfera son incoloros. Pero esto es una forma completamente errónea de verlo. Si nuestros ojos funcionaran a frecuencias bloqueadas por los gases de la atmósfera, no funcionarían muy bien. Y este es un punto importante porque los gases de nuestra atmósfera no son transparentes en todas las frecuencias. Por ejemplo, este es el espectro de absorción del vapor de agua:
reproducido de http://en.wikipedia.org/wiki/Electromagnetic_absorption_by_water#Atmospheric_effects
Si nuestros ojos operaran en torno a los 100 nm viviríamos en un mundo muy oscuro, casi toda la luz sería absorbida por la atmósfera. Lo mismo si operaran a 10 micrómetros. Pero nuestros ojos evolucionaron para utilizar la luz de la que disponían; y esa luz estaba entre los 400-700 nm; justo en medio de esa caída de la absorción (obviamente habría que mirar también los espectros de absorción del nitrógeno y del oxígeno para tener una idea completa).
Así que la razón por la que no podemos ver los gases comunes; porque la evolución optimizó nuestros ojos para que funcionaran así. Si hubiéramos evolucionado en una atmósfera compuesta mayoritariamente por gas cloro, apostaría a que seguiríamos preguntando "¿Por qué no podemos ver los gases?" y alguien vendría con los contraejemplos de cómo los (en su mundo) raros gases vapor de agua, oxígeno y nitrógeno eran visibles.
Se le olvidó añadir la cláusula de exención de responsabilidad en los últimos 6000 años :-) j/k.
Esta es probablemente otra razón por la que la Tierra es tan perfecta: ¡la ventana óptica de la atmósfera coincide con la curva de radiación del cuerpo negro del sol!
mpv
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Algunos gases son realmente visibles (el dióxido de nitrógeno, por ejemplo). El aire es invisible, porque sus moléculas no absorben la luz visible. Estas moléculas simplemente no tienen modos de vibración útiles para absorber estas longitudes de onda, o los electrones de sus orbitales no pueden utilizar las frecuencias de la luz visible para pasar a un orbital superior (las diferencias de energía no se corresponden con la luz visible).
En alguna otra parte del espectro electromagnético el aire podría ser visible.
Una de las razones por las que los ojos se volvieron sensibles en el espectro "visible" es que el aire no absorbe allí. De lo contrario, los ojos serían inútiles: no se vería nada más que el aire. Nuestros ojos sólo pueden decirnos lo que ocurre alrededor si utilizan la parte del espectro donde el aire no absorbe.
Esto es, como he mencionado, sólo una parte de la historia. Resulta que sólo hay ciertos rangos de longitud de onda a los que son sensibles las clases de sustancias químicas que pueden producir los animales. Hay otras bandas espectrales con alta transmisividad atmosférica pero no hay ningún compuesto orgánico que las detecte.
@CarlWitthoft Tienes razón. No me explayé sobre eso en detalle, pero probablemente actualizaré mi respuesta.
Jay
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La visibilidad es subjetiva
La visibilidad es subjetiva, se necesita un observador .
Me pediste la historia. Comienza con nuestros primeros ancestros, que desarrollaron sensores sensibles a la radiación electromagnética.
¿Qué tipo de sensores y qué tipo de radiación? Cualquier cosa que marque la diferencia.
¿Al principio? Cualquier radiación disponible, cualquier cosa que atravesara la atmósfera con suficiente energía para llegar a la superficie de la tierra.
A medida que la atmósfera cambiaba, los sensores se adaptaban a la radiación que la atravesaba.
Con el tiempo, esos sensores evolucionaron hasta convertirse en ojos. Como ocurrió con muchas otras especies.
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Bueno, si pudieras no serías capaz de ver nada. Eso es una contradicción.
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@Awesome ¿Puedo preguntarte por qué?
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Porque las ondas de luz son mucho más largas que el diámetro de las moléculas, por lo que no habrá sombras.
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¿Quién ha dicho que no podemos ver las moléculas de gas?
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@Awesome Eso no es realmente una explicación, ¿verdad?
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La masa total de la columna de gas que estás mirando importa. Por ejemplo, probablemente haya notado que el aire es azul .
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@rob No estoy seguro de que ese sitio sea preciso. (No soy físico; ¿alguien más tiene una opinión sobre las afirmaciones de ese sitio?)
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@iamnotmaynard Ese sitio es básicamente válido, aunque algo confuso. El cielo azul se debe a que el azul se dispersa, y no a que los otros colores se absorben (como es el caso de , por ejemplo, una hoja de papel azul). Si no hubiera dispersión, el sol sería más brillante y el resto del cielo parecería negro. Sin embargo, la luz no dispersa (o los colores del atardecer) no es el resultado del color de la atmósfera, sino sólo los restos de luz solar después de que algunos colores se hayan dispersado fuera de la trayectoria directa.
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Me da la impresión de que la pregunta no es por qué el gas no tiene color. Lo que se pregunta es por qué el gas deja pasar la luz cuando otro tipo de molécula, por ejemplo el acero, no deja pasar nada de luz, sino que la refleja.
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Pregúntese: "invisible para que ?' La visibilidad es subjetiva para un observador.
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@Bernhard no todos los gases son invisibles. Durante la Primera Guerra Mundial, los ataques con gas podían ser vistos (y que dificultan la visibilidad), ya que se trata de densas nubes de gas.
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Entonces, ¿qué hace que las cosas visible ? El agua, por ejemplo, es "invisible" en el rango "visible" (humano), salvo por el cambio en el índice de refracción. Pero la mayoría de los materiales sólidos "transparentes" son opacos al infrarrojo. La visibilidad es sólo una cuestión de qué colores del espectro (que los humanos pueden ver) son absorbidos por el medio.
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@Bernhard: En cierto modo es la explicación: si el aire (y el agua) fueran mayoritariamente opacos en el espectro de luz visible, no habría habido ninguna razón para evolucionar los sentidos visuales en ese espectro. Sin embargo, podríamos haber desarrollado la "vista" en una parte diferente del espectro EM.
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El sol está hecho de gases.