Как возникает цвет

Молекула, поглотившая квант света, не может долго находиться в возбужденном состоянии. В течение миллионных долей секунды она стремится тем или иным путем израсходовать полученную энергию, а возбужденный электронскачком вернуться в свое стабильное прежнее состояние. Отдача электронами энергии может происходить несколькими способами, один из которых носит понятие резонансного излучения. Молекулы вещества, обладающего цветом, поглощая световые кванты определенной частоты, начинают резонироватьиспускать кванты излучения, которые воспринимаются нами как цвет вещества. вещество поглощает одни кванты, а отдает другие. За короткое мгновение существования возбужденного состояния часть энергии, воспринятой электроном от светового кванта, успевает рассеяться. Поэтому квант, излучаемый красителем меньше, чем тот, что был поглощен, а длина волны его больше. Спектр испускания красителя всегда сдвинут в длинноволновую сторону по сравнению со спектром поглощения.

Таким образом, цвет обусловлен двумя потоками излучения. Первыйэто тот, что прошел сквозь вещество и отразился от него. В этом потоке нет уже квантов той резонансной частоты, которая поглощена веществом. Это явление мы и воспринимаем как появление цвета. Второй поток возникает в результате того, что возбужденный электрон скачком возвращается в свое прежнее состояние, а избыточная энергия высвечивается в виде квантов вторичного излученияфлуоресценции. Спектр, вторичного излучения красителя, представляет собой кривую, являющуюся зеркальным отражением кривой поглощения. Кривые поглощения и высвечивания частично пересекаются.

Цвет вещества представляет собой суммарный эффект из спектров поглощения и испускания. Зная, что цветрезультат сочетания двух компонентов, можно воспользоваться этим для превращения невидимого света в видимый. Освещая невидимыми ультрафиолетовыми лучами слой вещества (люминофора), способного поглощать ультракороткие кванты, мы можем вызвать высвечивание уже в видимой части спектра. Именно на этом принципе работают ртутные лампы дневного света. Путем подбора люминофоров добиваются приближения спектра испускания таких ламп к спектральному составу дневного света.

Можно, напротив, преобразовать более длинноволновоеинфракрасное излучениев видимый цвет. Для этого используют перекрывание областей поглощения и испускания. Если выбрать свет, кванты которого лежат в общей области (поглощения и испускания), то цвет вещества будет воспроизводиться, как обычно, в пределах всей полосы высвечивания. При этом часть квантов излучения окажется более коротковолновой, чем свет поглощенный. Казалось бы, мы получили кванты с большей энергией, чем исходные, а это противоречит закону сохранения энергии. Однако противоречие кажущееся. Хотя часть излучения действительно содержит кванты большей частоты, но общий энергетический выход меньше, чем поглощенная энергия. На подобном принципе основано действие приборов ночного видения. Благодаря таким приборам мы можем в темноте различать предметы по невидимому глазом тепловому излучению, которое эти приборы преобразует в видимое.

На основе сочетания спектров поглощения и испускания в цвете вещества работают так называемые самосветящиеся краски. Создаются они путем добавления к обычным красителям веществ, способных преобразовывать в видимый цвет излучение из диапазонов, соседних с этой частью спектра, — ультрафиолетовое и инфракрасное. Они находят самое разнообразное применение от рекламных объявлений до покрытия фезюляжей самолетов. Секрет их необычной яркости в том, что они не только отражают видимые лучи (как и обычные красители), но и превращают в видимый свет часть поглощенных коротковолновых лучей из солнечного света. При использовании невидимой глазом ультрафиолетовой подсветки самосветящиеся краски дают необычайно яркие и контрастные изображения.

Такие краски способны некоторое время светиться в темноте. Это явление было названо фосфоресценцией, так как внешнее его проявление похоже на свечение фосфора (в действительности же фосфор светиться по иным причинам). Суть фосфоресценции красителей состоит в том, что электрон при своем возвращении на основной уровень может задержаться на некотором промежуточном. Происходит такая задержка потому, что электрон до момента своего возвращения уже успел растратить часть энергии. Чтобы совершить прыжок в исходное состояние, он должен сначала набрать энергию, затем опять подняться на уровень возбуждения и затем скачком вернуться в исходное состояние. Все это требует времени. Если температура достаточно высока, то за счет теплового движения энергию набрать легко. Если же температура низкая, а состояние красителя твердое или стеклообразное, то процесс замедлен, и фосфоресценция может длиться долго. Это позволяет готовить твердые или стеклообразные составы, способные долгое время светиться в темноте.