Почему вещества поглощают или пропускают свет
Видимый свет — электромагнитные волны с длиной волны от 380 до 700 нм. Вещество поглощает свет, когда фотон подходит по энергии для квантового перехода: электрон поглощает фотон и перепрыгивает на более высокий уровень. Если нужных переходов в видимой области нет — свет проходит насквозь, вещество прозрачно.
Электронная структура молекулы воды
В молекуле H₂O ближайшие к основному возбуждённые электронные уровни соответствуют фотонам ультрафиолетового диапазона (λ < 200 нм). Видимые фотоны (380–700 нм) слишком «медленны» — их энергия мала, чтобы перевести электрон на следующий уровень. Поглощения не происходит, свет проходит.
Колебания молекул и инфракрасное поглощение
Молекула воды активно поглощает инфракрасное излучение (λ ≈ 3 мкм и далее): это тепловые колебания связей O–H. Но ИК — это уже «за» видимым диапазоном, глаз его не видит. Именно поэтому вода хорошо нагревается в микроволновке (СВЧ тоже ИК-область).
Почему вода в большом объёме кажется голубоватой
На самом деле вода слегка поглощает красный свет — примерно в 100 раз сильнее, чем синий. В стакане разница незаметна; в океанской толще в несколько метров красные лучи исчезают, остаётся синий. Отсюда синева моря на глубине. Поверхностный цвет океана также даёт рассеяние Рэлея и отражение неба.
Другие «прозрачные» вещества
По той же причине прозрачны стекло, алмаз, кварц: у них тоже нет доступных электронных переходов в видимой области. Металлы непрозрачны — свободные электроны поглощают весь видимый диапазон. Тонкая золотая фольга, однако, пропускает зелёный свет — слой в несколько атомов становится «частично прозрачным».
