Cuando era un niño siempre me sentía feliz con la llegada del mes de Diciembre, ya que estaría de vacaciones escolares y vendrían los adornos de la Navidad cargados de luces y colores!. Por allí comienza mi curiosidad científica en los temas de Física, Química y Biología, pero me centré más en lo primero, sobre todo en energías alternativas y tecnología. Siempre recuerdo la frase de un amigo "sin energía nada se mueve", no hay desarrollo, ni avance, ni investigación y me atrevería a decir que no habría vida, tampoco

colores

, ya que están estrechamente vinculados energía y colores. Ya en mis clases de bachillerato vi las ecuaciones de energía y su dependencia con la velocidad de la luz, frecuencia, mejor escribo la ecuación y sus variadas relaciones con estos parámetros: E_(eV) = hν = hc/λ = 1240/λ_(nm), pero ¿de dónde sale esta última relación? Lo primero que debemos saber es el significado de cada letra y el valor del parámetro que representa, así E es la energía expresada en electronvoltio (eV) "el electrón experimenta una variación de energía al moverse entre una diferencia de potencial", h = 4,1356675x10^-15 eV*s es la constante de Planck "que relaciona la dependencia de la energía con la frecuencia de oscilación" de los fotones, c = 2,9979x10¹⁷ nm/s "representa la velocidad de la luz en el vacío" y λ es la longitud de onda expresada en nanómetros (nm) y como lo mencioné en el post sobre la explicación científica de los colores, cada color tiene una asignación de longitud de onda en el rango visible o viceversa.

Teniendo como base la ecuación de E = 1240/λ la usaré para explicar, en la gran comunidad #stem-espanol, algunos detalles de la
absorción de longitudes de onda
y el color que percibimos de los objetos, mostraré un pequeño video al estilo de la Física experimental para analizar las transiciones electrónicas que ocurren en diferentes materiales.

En la siguiente fotografía quise representar los colores básicos derramando una gota de colorante artificial para alimentos dentro del lavamanos, al menos me sirvió para la imagen principal de este post.

^{Colores en el lavamanos, fotografía original de Hive account@azulear}

En mi post anterior el compañero Hive account@josedelacruz relacionaba la percepción del color con la absorción de las longitudes de onda de la luz incidente, pues ciertamente se dan los fenómenos de transmisión (T), reflexión (R) y absorción (A) de los fotones que inciden sobre el objeto que observamos, vean que aquí utilizo indistintamente términos de onda o partícula gracias al principio de dualidad de la luz!

No me voy a extender en la explicación sobre el origen de los colores y su percepción, pero sí debo resaltar que los colores que vemos de los objetos es un efecto combinado de A+T+R, por ejemplo en la siguiente figura tomé unos frascos plásticos y transparentes y los llené con agua, les agregué una gota de colorante para alimentos y los coloqué uno al lado del otro tomando en cuenta la distribución de colores en el espectro electromagnético.

^{Colores en el rango visible, fotografía original de Hive account@azulear}

Al hacer incidir luz blanca que contiene todas las longitudes de onda en el rango visible sobre el envase con colorante amarillo se absorberán todas las longitudes de ondas correspondientes a los demás colores menos la λ = 580 nm correspondiente al amarillo puro. De igual manera sucede con los demás envases con colorantes.

^{Percepción de colores según su longitud de onda, fotografía original de Hive account@azulear}

En este proceso interviene el concepto de energía, el band gap o brecha energética entre la banda de valencia y la banda de conducción y la longitud de onda relacionada con la energía, recordemos la ecuación E = 1240/λ. Creo que para entender mejor este proceso debo recurrir a un par de reactivos o compuestos binarios muy conocidos en Química, el Sulfuro de Cadmio (CdS) que se percibe de color AMARILLO y el Trisulfuro de Antimonio (Sb₂S₃) entre naranja y rojo oscuro.

^{Compuestos binarios y sus colores, CC Creative Commons, por Johannes Schneider}

La explicación física tiene que ver con las transiciones energéticas que se dan entre las bandas energéticas, la de valencia y de conducción de estos compuestos binarios. Existen reportes de los valores del band gap (BG) de estos compuestos, BG(Sb₂S₃) entre 1,5 y 1,8 eV correspondientes a una λ entre 826 y 688 nm, respectivamente. En la siguiente composición de imágenes se observa este rango de λ y su respectiva percepción de colores, se aprecia claramente que el color observado en el frasco de la figura anterior se corresponde muy bien con el rango mostrado abajo.

^{Rangos de longitud de onda y band gap de compuestos binarios, imagen original de Hive account@azulear}

En el caso del Sulfuro de Cadmio su BG(CdS) está entre 2,2 y 2,42 eV correspondientes a una λ entre 564 y 512 nm, respectivamente. Su color característico es el amarillo y en la figura anterior se muestra un amplio rango que abarca el verde, pero es bueno recordar el fenómeno del centro de color que expliqué en el post anterior y el color amarillo puro del Azufre (S) elemental influye marcadamente en el color AMARILLO del CdS.

De esta manera, ya relacionamos la energía con la longitud de onda, además queda comprobada la relación de la percepción de color con las transiciones energéticas.

Ahora surge otra interrogante, si la fuente de iluminación es una luz roja proveniente de un láser e ilumino cada uno de los frascos con colorantes ¿cuál de ellos va a absorber la radiación coherente de color roja?, veamos un pequeño experimento casero para analizar el fenómeno.

Voy a presentar un vídeo de absorción de longitudes de ondas y reflexión de una longitud de onda correspondiente a cada color individual, por eso vemos el contenido líquido de cada frasco con los siguientes colores, de izquierda a derecha: violeta, azul, verde, amarillo, naranja y rojo.

^{Demostración experimental de filtro de color, vídeo original de Hive account@azulear}