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水是地球上最簡單的化合物,沒有水就沒有生命。然而水並不是我們想象的那麼簡單,僅僅是H2O。如果水分子真的是以單個分子存在,水的熔點為-110℃,沸點為-65℃,地球上的水早就全部氣化,地面上也就不可能還有水的存在。事實上,我們都知道,水的熔點為0℃,沸點為100℃。
為了解釋水透明的這個現象,我們分幾步來分析這個過程:一、物質透光率相關因素;二、液態水的結構;三、空氣和水的介面;四、光在水的內部運動情況分析;五、水透光情況說明;六、水透光情況的補充。為了簡化問題的分析,我們只考慮常溫常(4℃~30℃)壓下的純水(沒有任何雜質的理想狀態)。
一、透光率的大小有如下幾種因素決定:
1、選擇性吸收:當物質能級差與光子能量匹配時,產生選擇性吸收,此時物質本身就有顏色(如五水硫酸銅晶體,會吸收黃光),使透光率下降。
2、折射率:與物質的組成和結構有關。折射率越大,反射損失越大;雙折射率差值越大,反射損失越大,透光率越小。
3、物質中氣泡或晶粒間界:此類數量越多,就產生反覆從晶體到空氣,再從空氣到晶體的反覆折射,必定會造成反射損失,氣泡越多,反射損失越大,透光率越小。當然,厚度越大,氣泡就會越多,損失就越大。
4、物質中的雜質:產生散射損失,即光的方向改變,使透光率下降。
二、液態水的結構
科學家近些年透過研究發現,氣態的水可以假設為單個水分子或者是二聚體水分子;處於液相與氣相過渡狀態的水分子可能會有簡單的三元、四元、五元甚至六元環形分子存在;液相水分子團的結構要大於液相與氣相過渡狀態的水分子,會有六元、七元、八元甚至是更大的分子團存在。當分子簇大於7以後已經不大容易形成單個的環狀分子簇了,即便可以勉強形成大環分子狀態上也十分不穩定,很快便會透過變形轉化成摺疊形態或多環結構。與高分子不同的是由於水分子之間並沒有形成共價鍵而是以氫鍵相連,因而這種分子鏈在液態時十分脆弱,應該處於動態下的不斷斷裂和組合過程中。
三、空氣和水的介面
凡作用於液體表面,使液體表面積縮小的力,稱為液體表面張力。它產生的原因是液體跟氣體接觸的表面存在一個薄層,叫做表面層,表面層裡的分子比液體內部稀疏,分子間的距離比液體內部大一些,分子間的相互作用表現為引力。就象你要把彈簧拉開些,彈簧反而表現具有收縮的趨勢。正是因為這種張力的存在,有些小昆蟲才能無拘無束地在水面上行走自如。
四、光在水的內部運動情況
科學家現在已經測量出,單個水分子的體積為4X10^-10m^3,我們假設水分子在常溫狀態下以平均6~10個水分子形成的分子團狀態存在,則這個分子團的體積為2.4~4X10^-9m^3,它的直徑小於1.97X10^-9m。我們再來看一下可見光的波長為,380~760X10^-9m。從這兩個數值對比中我們可以看出,可見光的波長遠遠大於水分子團的大小。所以可見光可以在水中輕鬆繞過。
五、水透光情況的說明
根據前面對水的分析我們可以得到水透光的原因:1)水中分子團的尺寸遠小於可見光的波長,因此可見光可以從水分子周圍繞射而過;2)水的表面雖然分子比較稀疏,但是對光的透射損失比較小,有實驗證明這個數值為萬分之幾,幾乎可以忽略;3)純水中雜質和氣泡很少,是水透光率更高的另外一個原因。
六、關於水透光的補充說明
水的可見光透光性質不僅跟水分子團的結構有關,也跟水的深度有關。當水的深度很深的時候,波長比較短的可見光穿透性比較弱,而波長比較長的光繞射能力強,穿透深度比較深。所以,我們通常可以看到大海呈現出蔚藍色。
七、再堅實的物質,如果從原子的內部去看,它其實是空蕩蕩的.因為在原子的內部,原子核和電子的體積加起來不到原子體積的1000000000分之一.況且,還沒有證據證明原子核和電子就不能被光子穿過!所以,透明才是正常的!要想弄清楚這個複雜的問題首先得弄清楚下面這個問題:一些物質為什麼是不透明的?對於不透明的物質,我們可以分為四大類:1、由於自由電子的阻擋作用導致的不透明:這是金屬不透明的原因.2、能吸收光線的物質導致的不透明:這類物質的分子的電子的激發能比較低,恰好在可見光範圍內,分子裡往往有苯環、苯醌、聯苯胺或其它共軛體系的結構,這種結構可以降低電子的激發能,使電子容易發生躍遷而吸收光子的能量.這樣光線就被吸收了.3、由於透明物質的結構被破壞而造成的不透明.如玻璃是透明的,而玻璃粉則是不透明的;冰是透明的,而冰被砸碎了就是不透明的了.如果一種物質它的結構特點不符合1、2,那它就是可以透過光線的,但如果它的結構裡有很多小空隙,那它就是白色.這就是白色物體不透明的原因.4、 1、2、3原因混合的結果.現實中的許多物體的不透明就是這個原因造成的.如果一種物質它的結構裡即沒有自由電子,又沒有容易激發的電子,物質的結構又很緊密,沒有許多孔隙等條件.那物質就可以透過光子,即是透明的.
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3 # 老虎180
這個問題我可以幫助到您。
自然界的物質如果沒有如下幾種情況的話,那麼它就一定是透明的。
第一種情況是:物質內部具有吸收光子的結構特點。最典型的例子是苯和含有苯環的物質。他們的分子結構中的電子激發能比較低,在可見光照射下電子激發吸收光子能量,物質就變得不透明瞭。
第二種典型的情況是物質內部不是一個整體的晶體結構,光線在其中不斷折射反射,整體上看就變成不透明的了。最典型的例子是食鹽,它的晶體本身是透明的,可是很多這樣的晶體混合在一起,就變得不透明瞭。
第三種典型的情況是由於物體內含有大量自由電子,它也會吸收光子,導致不透明。
自然界大多數物質不透明的情況是以上各種情況同時存在的。這也是大多數物質不透明的原因。除此之外的話物質都是透明的。
希望以上回答可以幫助到您。
回覆列表
我們之所以看到物體的顏色,是因為 光線照到物體上面 反射到我們眼睛裡面 我們的大腦再判斷是什麼顏色
水之所以無色透明,是因為水分子之間的空隙大到光線能直接穿透,射到水後面的物體上,再反射回來我們的眼睛裡面。
一種固體物質既不吸收也不散射光,那麼這種物質看起來就是透明的。純矽對光具有極強的吸收力:這是因為純矽中的電子吸收了可見光而實現了能級躍遷。
固體的電子結構可以解釋為何金屬閃閃發亮,純淨的金屬之所以反射而非透射光,是因為其中充斥著大量的自由電子,而這些電子會將入射光再反向輻射出去,於是就擋住了那些想一直向前的光線,也就防止了透射。
在人的肉眼看來是均勻的材料,實際上是由許多很小的晶疇組成,這些晶疇間的邊界被稱作晶界,如果晶界間的距離比可見光的最短波長還小,那麼,這種物質看起來就是透明的。每個晶界都會散射透過它的光線;可是,如果晶疇足夠小的話,光波實際上就可以從它們上面直接“躍”過去。