• ベストアンサー
  • 暇なときにでも

反射における物質の色の違いについて

 自分で発光しているものから出る光の色は電子が関係しているのだと思いますが、反射で見える物体の表面の色は表面に存在する電子と関係があるのでしょうか。  もしあるとしたら、例えば赤く見える物質と青く見える物質では、電子の動き、働き等が 具体的に どのように違っているのでしょうか。

共感・応援の気持ちを伝えよう!

  • 回答数2
  • 閲覧数718
  • ありがとう数2

質問者が選んだベストアンサー

  • ベストアンサー
  • 回答No.1
  • lycaon
  • ベストアンサー率51% (67/129)

【1】放送大学「量子化学・第10回 ミクロの世界の観測」で先日濱田嘉昭先生が講義された内容を、『 』内にまとめます。 ( )内は私の補足・推定ですが、私は光も色もど素人なので、誤りや補足がありましたらご指摘下さい。 『物が見えるのは、可視光が物体に当たって反射するから。 じゃ、どうして光は物体表面で反射するのか。 例えば波長λ=500nm の緑の光の振動数は ν= 6*10^14 Hz。 (えっと、検算。c=30*10^7 m/s、λ=500*10^-9 m、ν=c/λ= 6*10^14 /s、OK。) 光は電磁波で、空気中を1秒間に 6*10^14 回も正負を逆転させながら(真空中の秒速30万kmを真空に対する空気の屈折率≒1で割った、秒速30万kmで)進行する。 物体表面の原子のうち(陽子や中性子に比べて)電子は軽い。 軽い電子は負電荷を持つので、照射された電磁波がプラスの瞬間には、物体表面の電子はそっちへ引っ張られ、マイナスになると反対側に押され、結果として電子が ”揺れる”。 (偏光でない一般の光の振動面はばらばらだから、南北に進む光の光子群を受けた電子は、ある瞬間に東に引っ張られ、次の瞬間上に押しやられる。) 電子(荷電粒子)は振動すると(=運動の速度や方向を変える加速度を得ると)電磁波を発する。 【2】このとき、入射電磁波と同じ振動数の電磁波を発する。』 講義のお話を中断します。 以下あまり自信はないけど、なぜなら・・・ 白色光からは、物体は時々刻々異なる大きさのエネルギー E=hνを受ける。ν:赤や青や黄色の振動数。 入射電磁波のうち例えば”緑の”光子は、物体表面の電子を加速して消滅し、加速された電子は、「エネルギー保存則」により同じ緑の新たな光子=電磁波=を放出する。 従って物体は時々刻々、受けた光子と同じ振動数の光子を放出する。 この際、物体は貰ったエネルギー全部を光子の生成放出に使いきる。 なぜなら、エネルギーを蓄えておく「吸収機構」が働かない波長を反射するのだから、使い切らなければ自己矛盾する。 結局 Eが同じだからνも同じで(E=hν)、入射光と反射光は同じ色になる。 従って残余のエネルギーが蓄えられないから物体の温度は上がらない。これが「反射」と「吸収」が違うところ・・・ って、これだけでは、電子の近くに来た光子は必ず反射か吸収されて、あらゆる物質で可視光が透過できないことになりそうです。 電子は疎らに存在するので光子がすり抜け透過が起きるのなら、黒い服に飛び込んだ可視光線も大部分がすり抜け、黒くは見えなくなる。 そんなことはないので、(X線やγ線よりもエネルギーが低い)可視光の波は物体の電子につかまり易い、までは”推測”できますが、それなら水やガラスに飛び込んだ可視光線の大部分がなぜつかまらない? 結局「透過と区分けするための反射(散乱)の必要条件」がよく判りません。 【3】講義の続き。 『白色光下で天然レモンは黄色く見える。黄色は 570nm付近の光。 レモンは黄色の補色の青付近の色を大きく吸収するので、黄色い光が強く反射される。 ただし実際のレモンの反射光を分光計で測ると、570nm付近に強いピークは出ていない。 短波長側(青付近)の色は大きく吸収されているが、図のように、目立ったピークは全然なく(青→緑→黄緑→黄→赤の順に右上がりに)分光反射光強度がだらだらと上がっている。 ちなみにテレビ(放送大学)でこのレモンを映像として見ている人は、画面が発するRGB(赤・緑・青)の「光の三原色」で合成(加法混色)された光を見ている。 映像レモンの分光反射(強度)スペクトルは、3箇所(*1)にピークを持つ鋸歯状のもので、天然レモンの反射スペクトルとは似ても似つかない。 なお反射色の原色(*1 碧・紅・黄の減法混色)は「色の三原色」という。 結局物体は、ある固有の波長(λ=c/ν)の光を吸収し、その補色が反射されるから、色付いて見える。 ではどうして光は吸収されるか。 それは電子の振舞いによる。物体の分子の中に電子がどのように詰まっているかによる。』 【4】その後講義は別の話に移りましたので、代わりに光の吸収を電子の観点から簡潔に述べているURLを紹介しておきます。 http://fukuti.co.jp/metal_color.pdf 基本的には、電子のバンド間遷移(単原子では励起軌道、分子では励起バンドへのジャンプ)と、自由電子の運動によるもの、だそうです。 【5】で、最後に透過は?といえば、「可視光を吸収・反射する機構を何も持たない物体が透明だ」ということになります。 すべての吸収・反射機構をシラミ潰しに当てはめてみて、どれも該当しないものが透明だ、ということで、表面的にはとても考え易い。 実際は吸収・反射する機構を網羅し検討するのは、難事です。 特に光の吸収機構は種類が多い様子。 木の葉は葉緑素が主に橙~赤の波長を吸収し、吸収された光のエネルギー(のうち光合成に使われた残り)は主に葉っぱの温度を上げ、温度が上がった葉っぱは、そよ風に揺られて常温に冷える。 この結果、物体色(反射色)としては、残余の(補色の)緑が見える。 吸収の場合、機構をひとつ挙げただけで話は一応完結できますが、透明(極端な透過)の説明はこうは行きません。 ガラスはなぜ透明か?約 380~780nmの可視域に吸収や、反射による散乱がないから。(え、どうして?) 自由電子がないからプラズマ振動(→前記URL)は起きない、二重結合もないからπ電子もない。 (しかしSiO4四面体になぜバンド間遷移はおきないの?) ガラスの成分元素、Si,Al,Na,Ca,Mg などのバンド間遷移は可視域よりも高エネ領域にある。ガラスは紫外線をよく吸収する。 しかし微量な遷移元素、たとえば Feを含む自動車用フロントガラスや建築用熱線吸収ガラスなら緑に着色する。 (FeとSiのどこが違うんだ?遷移元素のd軌道内遷移?なにそれ?) 非晶質なので結晶内部界面でのブラッグ条件による反射光の強まりがない、ミー散乱(粒径>λ)やレイリー散乱(粒径<λ)を引き起こす微粒子もないから、バルク内部での散乱による反射もない。表面では反射するが、たいした量じゃない。 (じゃ改めて、なぜ結晶の内部界面で光は反射するの? 格子面たって、実態は面ではなく原子が点在しているだけじゃないか。どうしてすり抜けない?) とか、いろんなケースについていちいち解釈しないとなりません。 透明を説明するために、すべての吸収・反射機構を取り上げ、あれはない、これもないと捨てていくのは、年末大掃除以上に大変な気力・体力・専門知識がいります。 で、考えてみたら私には全部ないので・・・いちやめた。 ガラスはなぜ透明か? 約380~780nmの可視域に吸収や、反射による散乱がないから。え~と、どうしても。

共感・感謝の気持ちを伝えよう!

関連するQ&A

  • ◇電子のはたらきにおける物質の色の見え方について

     自分で発光しているものから出る光の色は電子が関係しているのだと思いますが、反射で見える物体の表面の色は表面に存在する電子と関係があるのでしょうか。  もしあるとしたら、例えば赤く見える物質と青く見える物質では、電子の動き、働き等が 具体的に どのように違っているのでしょうか。

  • 反射における物質の色の違いについて

     反射によって見える色の違いは、光を反射する物質が吸収する色と反射する色によって決まると思うのですが、反射および吸収する色が違ってくるのは、その物質の表面に存在する電子と関係があるのでしょうか。  もしあるとしたら、例えば赤く見える物質と青く見える物質では、電子の動き、働き等が 具体的に どのように違っているのでしょうか。

  • 自分で発光しない物体の色も電子が関係しているのでしょうか

    自分で発光しているものから出る光の色は電子が関係しているのだと思いますが、反射で見える物体の表面の色は表面に存在する電子と関係があるのでしょうか。

その他の回答 (1)

  • 回答No.2
  • lycaon
  • ベストアンサー率51% (67/129)

No1です。訂正します。 【4】電子のバンド間遷移(単原子では励起軌道、分子では励起バンドへのジャンプ) ⇒ 単原子・単分子では励起軌道、結晶など多原子系では励起バンドへのジャンプ

共感・感謝の気持ちを伝えよう!

質問者からのお礼

 回答ありがとうございます!

質問者からの補足

 半分近くは理解できたと思います.  自分の言葉で語っていたので、文章にパワーがあり、そのせいか吸収できたみたいです.

関連するQ&A

  • 物質の色の見え方

     例えば太陽光の下で、ある物質の反射による色が赤として認識できるとき、なぜその色は赤の光を反射しているのでしょうか。青を反射する物質とどう違うのでしょうか。  表面の凹凸の度合いによって反射する波長が変わってくるのでしょうか。だとすれば、どのくらいの凹凸ならこの色を反射する、といったようなデータや実験結果があるのでしょうか。

  • 物質の色の見え方

     例えば太陽光の下で、ある物質の反射による色が赤として認識できるとき、なぜその色は赤の光を反射しているのでしょうか。青を反射する物質とどう違うのでしょうか。  表面の凹凸の度合いによって反射する波長が変わってくるのでしょうか。だとすれば、どのくらいの凹凸ならこの色を反射する、といったようなデータや実験結果があるのでしょうか。  情報提供お願いします。

  • 反射率の補正について

    数学のカテゴリかと思いましたがこちらで質問させて頂きます。 2つの物体A,Bに入射する光の強度を100とします。(単位は任意で) 物体Aの反射光強度を60, 物体Bの反射光強度を50とします。 これらの値からそれぞれの反射率を求めますとA: 60%, B: 50%になると思います。 さてここで質問なのですが、物質A,Bの反射光強度(60と50)かつ物質Aが物質Bよりも反射率が10%高いという情報だけ与えられていた場合に、物質Bの反射光強度をAと同じ反射率になるように補正することはできるのでしょうか?(つまり、Bの反射光強度を60に) 私の考えとしましては反射率がわからないと難しいと思っています。具体的には、反射率を使ってまず入射光の強度を求め補正したい反射率の値をかける。 50/0.5=100, 100*0.6=60 少し質問の意味がわかりにくいと思いますがよろしくお願いします。

  • 鏡面反射と拡散反射ちんぷんかんぷんです。

    色彩検定の勉強中です。 テキストが理解できません。 光沢のあるツルツルの物体に当たった光の多くは、その表面で一定方向に強く反射されるのが鏡面反射とテキストにあります。 光沢のあるツルツルの物体はなんですか? 一定方向に強く反射するってどういうことですか? 入射角と反射角がイコール(=)だとテキストにあります。どういう意味ですか? マットでツヤのない物体に当たった光の多くは、その表面であらゆる方向に反射するのを、拡散反射とテキストにあります。 マットでツヤのない物体とはなんですか? その表面であらゆる方向に反射するとはどういうことですか? 入射角と反射角はイコールでないとテキストにあります。どういう意味ですか?

  • 色の反射、光に関してです。

    色の反射、光に関してです。 色が見える原理は、いろいろな色の光が混ざった光線が、モノに当たって反射したとき、特定の色の光だけが反射して、目に入るので、それでその色に見えると読みました。 たとえば赤いポストに光が当たると、赤以外の色は吸収され、赤の光だけが反射されるので、そのポストは赤い、と見えるそうです。 そして、どの色も反射せず、全部吸収されると、黒く見えるそうです。 物に当たる光の色(青とか赤とか)により、何色の光を物が吸収して反射するのが決まる、こんな感じでしょうか。 と、まあ、先日以来、ここで私が物に光が当たって反射する時に見える色に関する質問で得た、かなり簡潔した内容です。 ここで、再びギモンが生じました。 ギモン1 物に当たって反射、吸収する色ですが、この場合、どんな色が反射して吸収されるかは、物の材質、温度、湿度などは関係しないのでしょうか。実際身の回りのものは、色が異なるものばかりなので、そう思いました。 ギモン2 例えば、植物は葉緑体があることにより緑色になると学校で習いました。この場合は光の反射・吸収とそれ自身が放つ色とも関係がしてくるのではないでしょうか。 葉緑体以外にも、動植物が持つ自身の性質で自らが色を放つものはいるのでしょうか。 ご存知のい方教えていただくようお願い申しあげます。

  • 光と色の関係。光の反射と透過

    質問です。 色は、その色の光が反射される事によってその色に見えますよね? 例えば赤い紙は、光の中の赤い色のみが反射されて目に届くので赤く見えるということですよね? では、赤いセロハンなど透過性のものの場合はどうなのでしょうか? セロハン自体が赤く見えるのは、赤い光を反射しているから。 ですが、セロハンを通した光は赤いですよね? 赤い光を反射して赤く見える物体を透過した光が赤いのはなぜでしょうか? 赤い光を反射している物体の透過後の光は、赤以外の色なのでは? と、トイレに入りながらふと思ったのですが、なぜでしょうか?? 宜しければご回答下さい。

  • ガラスの透過性と鏡の反射性について

    ガラスは光の殆どを透過し、一部を反射します。金属固体は光の多くを反射し、一部は吸収され熱エネルギーに変わります。鏡は光の殆どを反射します。 これらは物質のどのような事が原因で性質に違いが起きるのでしょうか?それぞれ構成元素が違い、それぞれそういう特徴を持っているからと言われればそれまでですが、それらの物質の具体的な性質について知っている方がいれば教えてもらえないでしょうか。特に鏡(鏡に限らず水面なども含めて)は単に反射するだけでなく、物体をそこに映し出すというのは鏡の表面がどうなっていて、鏡の材質がどういった性質を持っているから実現したのですか?また鏡に反射させても、ある程度は光が減衰していきますか?

  • 物質の色と温度

    分子の励起エネルギーは飛び飛びの値しかとれない。よって,分子が吸収できる光のエネルギーも,飛び飛びの値しかとれない。分子が吸収する光のエネルギーと光の振動数との関係は,E=hνという式によって表されるので,分子が吸収する光の振動数も飛び飛びの値をとる。 物質の色というのは、電子のエネルギー準位間のエネルギー差によって決まる。 分子が色を持つには,分子が可視光に相当する振動数の光を吸収する必要があるが,これに相当する励起エネルギーは分子内の電子遷移に対応する。 これってつまり、物質に光エネルギーではなく、熱エネルギーを加えても物質の色は変化するのでしょか??

  • 色の反射に関してです。

    色の反射に関してです。 本日の新聞の科学のコラムに次のような文が掲載されていました。 リンゴは私達には赤く見えます。これはリンゴが「赤以外の色の光を吸収して、赤色の光を反射している」からなのです。 同様にピーマンは「緑以外の色の光を吸収して、緑色の光を反射している」から緑色に見えるのです。 と書かれています。 夕日が赤い、海が青いのは光を構成する虹色の7色のうち反射する色、反射しない色で説明されている事があります。上記のはそれと同様のことで説明されているのだと思います。 ギモン でもリンゴやピーマンはそれ自体が赤色や緑色をしているのも事実です。暗いところにリンゴやピーマンを持っていけば色が川津かと言えばそうではないです。その一方、上記のようにリンゴが「赤以外の色の光を吸収して、赤色の光を反射している」からとも書かれています。 私的にはスゴク矛盾なのですが、ご説明できる方、ヨロシクお願いいたします。

  • 反射とルミネッセンスの違い

    物質の赤外反射ではバンド間遷移に対応する波数で強く反射すると思います.これは光で価電子帯の電子が伝導帯へ励起され,その電子が価電子帯に戻るときに光を出すからだと考えていました. しかし,この理解だとルミネッセンス(蛍光)と反射の違いがわからないことに気付きました. 反射とルミネッセンスの違いを教えてください.