我不確定是什麼導致氣體分子不可見。這個問題看起來很愚蠢,但我真的很想知道它背後的故事。
我不確定是什麼導致氣體分子不可見。這個問題看起來很愚蠢,但我真的很想知道它背後的故事。
(圖片來源:Efram Goldberg)
[注意:最左側的安瓿瓶冷卻至-196°C並被白色霜覆蓋。]
$ NO_2 $是五顏六色的氣體的一個很好的例子。 $ N_2O_4 $(無色)與$ NO_2 $平衡存在。在較低的溫度下(在Wikipedia照片中留在左側),$ N_2O_4 $受到青睞,而在較高的溫度下,$ NO_2 $受到青睞。可見光的能量。
$ F_2 $(淺黃色), $ Cl_2 $(淺綠色), $ Br_2 $(淺紅色) )和 $ I_2 $(紫色)是帶有顏色的氣體的其他示例。
要對氣體的可見性或不可見性進行全面分析,將考慮氣體的密度,光路的長度,氣體的瑞利散射函數以及可見範圍內氣體分子或原子可用的任何電子躍遷的吸光度係數。
首先,氣體分子不是不可見的。有許多元素的氣態是很著色的,但是在大氣中這些元素(例如碘)的含量很少,以至於眼睛看不到其淨效應。接下來,如果您使用Google搜索“大氣傳輸曲線”,則會看到各種各樣的光譜吸收,並且再次以您的眼睛通常無法檢測到的速率進行。
發生的事情越多多數物種(氮,氧,二氧化碳等)在可見光譜範圍內不會吸收或反射明顯。這部分是(儘管不是全部-這變成了生物學而不是物理問題)為什麼我們的眼睛看到了它們能看到的範圍。
編輯:根據@DavidRicherby的要求添加:這些氣體不會吸收,因為它們具有沒有共振或電子殼隙無法匹配-或每個人都說,因為它們具有的吸收截面足夠小,以至於我們的眼睛無法分辨出淨效應
正如許多答案所說;所有的氣體都不是無色的,例如氯氣是淺黃色。
所以這是一件好事,因為它非常危險。我們大氣中的氣體是無色的。但這完全是錯誤的思考方式。如果我們的眼睛以被大氣中的氣體阻擋的頻率運轉,它們將無法很好地工作。這一點很重要,因為我們大氣中的氣體並非在所有頻率下都是透明的。例如,這是水蒸氣的吸收光譜:
摘錄自 http://zh.wikipedia .org / wiki / Electromagnetic_absorption_by_water#Atmospheric_effects sup>
如果我們的眼睛在100 nm左右運轉,我們將生活在一個非常黑暗的世界中,幾乎所有的光都會被大氣吸收。如果它們以10微米工作,則相同。但是我們的眼睛演變成使用他們可用的光。光線在400-700 nm之間;就在吸收率下降的中間(很顯然,您還需要查看氮和氧的吸收光譜以獲取完整的圖像)。
所以我們看不到常見氣體的原因;因為進化使我們的視線得以最佳方式運作。如果我們在主要由氯氣構成的氣氛中進化,我會打賭我們仍然會問:“為什麼我們看不到氣體?”然後有人會提出一個反例,說明如何(在他們的世界上)看到稀有氣體,水蒸氣,氧氣和氮氣。
實際上有些氣體是可見的(例如二氧化氮)。空氣是不可見的,因為它的分子不吸收可見光。這些分子根本沒有有用的振動模式來吸收這些波長,或者它們軌道中的電子無法利用可見光的頻率移動到更高的軌道(能量差並不對應於可見光)。
在電磁光譜的其他部分,空氣是可見的。
眼睛在“可見”光譜中變得敏感的原因之一是,空氣沒有在那裡吸收。否則,眼睛將毫無用處:除了空氣,您什麼都看不到。我們的眼睛只有使用光譜中不吸收空氣的那一部分,才能告訴我們周圍正在發生什麼。
要記住的一個因素是,對於與光相互作用相對較弱的低密度材料,光通過的色譜柱的總質量將對感知到的顏色產生很大的影響。例如,如果您在白色浴缸中註滿水,您會注意到水龍頭(或水杯)上的厘米級水柱是透明的,而浴缸底部的厘米級水柱則是透明的。顯然是藍色的。
如果您從幾十英里遠的地方看到綠色或棕色的山脈,您會看到相同的效果:綠色和棕色被洗掉幾千噸中間空氣的藍色。
為什麼液體不可見?為何氣體像銀色斑點? (……問一個在水下度過一生的生物。)
氣體是透明的,而不是看不見的。處於“海洋”底部的生命會使某些呼吸呼吸的生物體產生扭曲的視線。
如果我們在真空中度過生命,那麼我們認為空氣和水都是透明的流體。我們注意到,空氣彎曲的光線遠小於水彎曲的光線。在透明的環境中,與透明的水袋相比,透明的空氣袋的行為不像鏡片。
實際的課堂演示:給水族館裝滿水。裝滿水氣球。現在,將氣球浸入水族館,讓它釋放水。看到什麼?不。顯然,這證明了水是不可見的。 :)如果我們有一個充滿氣體的環境,然後釋放了一個充滿氣體的氣球中的內容物,我們可以向自己證明氣體是不可見的。沒有?我們是條條魚,生活在氮氣的海底,堅信氣體是一種看不見的物質。
這是另一種觀點:假設您的身高約為1000KM。你彎腰,舉起手,然後挖出地球上的一些大氣層。將其抬高至真空。看起來像半透明的淡藍色煙霧!手中的KMs深深的空氣池使您的手掌有點難以看見。再次將其倒出,並在其掉落時形成一道亮麗的天藍色羽流,與空間的黑色形成鮮明對比。顯然,空氣遠不是看不見的。
氣體非常明顯。太陽都是由氣體組成的,完全是不透明的。在內部,太陽光粒子(光子)在被吸收之前僅傳播幾厘米(非常深)到幾千米(接近表面)。與本地氣體的其他“粒子”並沒有什麼不同。因此,您無法在陽光下看到陽光(可以將聲波用作地下診斷方法,但這是另一回事了)。
我們所說的“太陽表面”是指氣體向外變得足夠脆弱而變得透明的最外層。那裡的光子隨著陽光逸出。實際上,那裡的氣體比我們周圍的透明空氣密度低得多,因為它是由幾乎純淨的氫組成的(如果足夠的氫原子捕獲額外的(第二)電子,則它對可見光非常不透明,這一過程直到1940年代才被理解)
碰巧碰到地球的一小部分就散佈在了我們的大氣中;那些碰巧反射到您眼睛上的東西構成了您所看到的藍天。藍色不是因為它們的能量(顏色)改變,而是因為更多的光子在藍色中比在紅色中散射,所以太陽在日落時顯示紅色,因為更多的藍色從直接進入您的眼睛。
這個問題很好,因為氣體的不透明對我們來說是違反直覺的。這就是為什麼“恆星大氣中的輻射傳遞”是天體物理學課程中的高級主題的原因。從恆星發出的光是了解它們的主要診斷方法,但是要解釋恆星的光,需要對恆星氣體的不透明性有很好的理解。 Google這個話題,並閱讀我的講義...
可見性是主觀的
可見性是主觀的,您需要一個觀察者。
您要求講故事。它始於我們最早的祖先,他們開發了對電磁輻射敏感的傳感器。
什麼樣的傳感器和什麼樣的輻射?不管有什麼不同。
在一開始?無論有什麼輻射,任何通過大氣的能量都足以到達地球表面。
隨著大氣的變化,傳感器也適應了將要通過的輻射。
隨著時間的流逝,那些傳感器演變成眼睛。和其他許多物種一樣。
我只需要在這裡插話!
在您的問題擴展中,您要求
我不確定是什麼導致氣體分子不可見
好吧,我們所有的分子都是肉眼看不見的,我們只是沒有分辨力來看到它們,如果您擁有原子力顯微鏡,您可以像 this
不過,您可以清楚地看到許多氣體,例如@DavePHD清楚地顯示了!
如果您仍然打算談論幾乎可以看到所有固體或液體而不是所有氣體的事實,那麼您必須看一下人們在鏡子或玻璃上猛撞自己,因為這些東西也變得不可見在各種場合給我們。
雖然幾乎所有的固體和液體都組織得足以至少反射光,但氣體卻太分散而無法做到這一點!允許氣體變為可見的唯一屬性是光子的吸收或發射,如果在吸收過程中互補光在可見範圍內我們可以看到氣體,而在發射光在可見範圍內我們可以看到它,否則我們可以不是我們的眼睛!
在最後一段中,不要考慮霧氣或其他看起來像氣體的東西,而要說它們反射了!還有其他現像在起作用,此外,霧不是氣體!僅當氣體不純且具有膠體性質時,才會從氣體中反射,因為在煙霧中,污染物顆粒使其看起來呈黑色/灰色/白色!
答案有生物成分。實際上,環境選擇的屬性會增加物種成功將其基因傳遞給後代的機會。基於此,如果某種感覺(例如視覺)在某個物種中發展,它將以最大化該感覺的有用性的方式進化。對於地球大氣層,各種物種的眼睛都被“調諧”到了大氣層無法吸收的特定波長的光,因為這些波長為這些物種提供了有關其環境的最多信息,從而增加了它們繁殖的機會。