Arxiu del dimecres, 8/05/2019

Opac o transparent, fotons i electrons

dimecres, 8/05/2019

Que fa que uns materials siguin transparents i uns altres opacs? La resposta simple és que uns deixen passar la llum a través seu i els altres no. Ja és això, és clar, però amb això només estem definint el concepte i no pas donant una explicació del perquè passa. Quin és el motiu que fa que uns materials permetin el pas de la llum a través seu i altres no ho facin?

Per entendre-ho cal baixar, com no!, al nivell dels àtoms. Recordem que cada àtom està fet per un nucli, amb protons i neutrons i un núvol d’electrons movent-se al seu voltant. L’important és que els electrons no estan situats de qualsevol manera sinó que ocupen uns indrets anomenats “orbitals” i que presenten diferents nivells d’energia. Com si fossin esglaons d’una escala, en la que pots estar en un esglaó o en el següent però no entremig, els electrons poden estar en un orbital o en altre depenent del nivell d’energia que tinguin, però no poden quedar-se entremig. Si no disposa de prou energia per saltar a un nivell superior, es queda en el que estava i punt.

L’energia per saltar la pot captar de moltes maneres i una és que se la transfereixi un fotó. Els fotons són les partícules lligades a l’electromagnetisme, tot l’electromagnetisme, incloent-hi la llum visible. I cada fotó portarà una quantitat concreta d’energia que depèn de la seva longitud d’ona o, cosa que és el mateix, del seu color. Els que veiem com blaus tenen més energia que els vermells i aquests més que els infrarojos. Els fotons ultraviolats en tenen més i els gamma encara més.

Doncs quan un fotó arriba a un determinat material pot topar amb un àtom (amb els electrons de l’àtom) i traspassar-li l’energia que porta. Si aquesta és prou perquè l’electró salti a un nivell superior el fotó s’esvairà, ja que la seva energia quedarà captada per l’electró situat en un nivell superior. Ara bé, si l’energia del fotó no és prou per permetre que l’electró arribi al següent nivell, doncs no passarà res. Recordem que l’electró no pot quedar a mig camí. El que passarà és que l’electró es quedarà on era i el fotó seguirà el seu camí.

En el primer cas parlarem d’un material opac. La llum no el pot travessar, ja que els fotons són captats pels electrons que aprofitaran aquesta energia per pujar de nivell. Com que tots seran captats, no sortiran fotons per l’altra banda. En canvi, en el segon cas tindrem un material transparent, ja que els electrons no captaran els fotons i aquests podran seguir el seu camí fins a sortir per l’altre costat. La llum travessarà el material sense ser absorbida.

Després ja venen els detalls. Si els fotons es desvien una mica del seu camí, si hi ha impureses de manera que alguns àtoms sí que tenen electrons que capten els fotons, si es capten els fotons de llum infraroja o els d’altres longituds d’ona… Però l’essència que defineix si un material serà transparent o opac a una determinada llum (a una radiació electromagnètica de determinada longitud d’ona) és, senzillament, si l’energia dels fotons coincideix amb la que necessiten els electrons per fer el salt.