光在穿过物体时,组成物体的原子会选择性地吸收光子,绝大部分固体物质都会把可见光吸收掉,所以这些物质是不透明的。

原子由原子核与核外电子组成,原子的经典直径为10^-10米数量级,原子核的经典直径为10^-14~10^-15米,电子的经典直径为10^-15米;由此可知,在正常情况下,原子核体积占了原子体积的千亿分之一不到,原子中99.999999999%的体积是空的。

但是微观世界的物理定律与宏观不太一样,微观粒子遵循量子力学的法则,比如在量子力学中,核外电子是电子云模型,在所处能级附近发现电子的概率最大。

为什么原子几乎都是空的(原子内部超过99.9999)(1)

随着原子序数的增加,原子的核外电子数量也在增加,核外电子存在很多能级,不同能级之间存在能量差:

为什么原子几乎都是空的(原子内部超过99.9999)(2)

1、当核外电子从高能级向低能级跃迁时,核外电子会释放光子,光子能量正好等于两个能级之间的能量差。

2、当核外电子吸收光子,且光子能量等于两个能级的能量差时,电子从低能级向高能级跃迁。

3、当核外电子吸收的光子能量,大于到任何高能级的能量差时,核外电子会完全脱离原子核的束缚成为自由电子,并获得动能。

可见光是电磁波中很小的一个波段,波长λ=380nm~780nm,光子频率ν=c/λ,光子能量E=hν,其中h为普朗克常数,于是波长越长的光子能量越低,波长越短能量越高。

为什么原子几乎都是空的(原子内部超过99.9999)(3)

当光子在原子间穿行时,如果光子能量正好等于某两个能级之间的能量差,那么处于低能级的核外电子,就有可能把光子吸收掉,于是物质会选择性地吸收相应波长的光,如果某物质对可见光波段完全吸收,那么我们说该物质是不透明的。

如果某个物体对可见光波段完全不吸收,那么我们说该物体是透明的,如果只吸收部分可见光波段,那么该物体表现为透过某种颜色的光;比如普通玻璃不吸收可见光波段,所以表现出透明,而蓝色玻璃则不吸收蓝光或者吸收少量蓝光。

对于生活中的绝大部分固体物质,其内部含有的杂质很多,一般对可见光的吸收很明显,所以绝大部分物质都是不透明的;值得注意的是,“透明”一般针对物质是否对可见光吸收,比如晶体硅是黑色的,说明可见光会被晶体硅吸收,但是红外线可以穿过晶体硅,所以晶体硅对红外线来说反而透明。

为什么原子几乎都是空的(原子内部超过99.9999)(4)

原子之间以化学键连接,化学键的本质是相邻原子之间的电磁相互作用,原子核带正电,电子带负电,当两个原子靠得太近时,原子核之间会产生排斥力,核外电子云也会发生变形,以此排斥相邻原子进入自身内部。

为什么原子几乎都是空的(原子内部超过99.9999)(5)

组成我们人体的基本物质也是原子,我们用手触摸物体时,也会受到组成物体的原子产生的排斥力, 所以哪怕原子内部99.999999999%是空的,我们的手也无法直接穿过去。

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