Welke kleur hebben elektronen? is oorspronkelijk verschenen op Quora: het kennisdelingsnetwerk waar boeiende vragen worden beantwoord door mensen met unieke inzichten.

Antwoord door Jerzy Michał Pawlak, PhD in High Energy Physics, op Quora:

Laten we beginnen met de vraag “hoe nemen we kleur waar?” Onze ogen meten bij het ontvangen van licht niet alleen de intensiteit, maar ook, heel ruw, de golflengte. Wij zien zelden echt monochromatisch licht; gewoonlijk zien wij een mengsel van verschillende golflengten. Onze ogen zijn geëvolueerd om één bepaald mengsel, waarin de verhoudingen van de verschillende golflengten gelijk zijn, zoals in natuurlijk zonlicht, waar te nemen als neutraal of “wit”. Als je naar een voorwerp kijkt dat licht weerkaatst of verstrooit, en het weerkaatst alle golflengten van het licht op dezelfde manier, dan zul je de kleur van het voorwerp als “neutraal” waarnemen. Wanneer u een gekleurd voorwerp ziet, betekent dit dat het sommige golflengten sterker weerkaatst dan andere, en daarom heeft het weerkaatste licht dat uw ogen bereikt een andere golflengtesamenstelling en ziet u het als gekleurd.

Zo, hoe is het met elektronen? Reflecteren die alle golflengten op dezelfde manier? Nou, dat hangt ervan af. Als ze gebonden zijn in atomen en moleculen, dan kunnen ze alleen specifieke golflengten absorberen of weerkaatsen. In feite komen de meeste kleuren van voorwerpen die u om u heen ziet voort uit dit mechanisme: elektronen gebonden in kleurstofmoleculen verstrooien specifieke golflengten van licht.

Betekent dit dan dat elektronen kleur hebben? Nee, want hetzelfde elektron gebonden in verschillende moleculen zou verschillende kleuren produceren, dus het is niet de eigenschap van het elektron. Om de vraag te beantwoorden moeten we elektronen vrijmaken van atomaire of moleculaire bindingen en kijken naar een vrij elektron.

Voor een enkel vrij elektron zou je helaas niet veel zien, maar gelukkig heb je elke dag de kans om naar een groot ensemble van bijna vrije elektronen te kijken door naar metalen oppervlakken te kijken, bijvoorbeeld in spiegels. Een metaal bestaat uit atomen in een kristalrooster. Hoewel de meeste elektronen aan de atomen gebonden zijn, kunnen sommige (die op de buitenste elektronenlagen) praktisch vrij door het kristal zwerven. En hun interactie met licht is zeer vergelijkbaar met de manier waarop vrije elektronen zouden reageren. Zoals u in de spiegel kunt zien, blijft wit licht dat erin wordt weerkaatst wit – dat betekent dat de elektronen kleurneutraal zijn.

Ah, ja, u zou kunnen vragen naar goud. Het is geel, niet neutraal. Dat betekent niet dat de elektronen in goud “geel” zijn. De reden dat goud niet wit is, ligt in de elektronen die niet vrij zijn, maar gebonden blijven aan goudatomen. De vrije elektronen in een stuk goud zouden gelukkig elke kleur licht weerkaatsen, zoals in andere metalen; de atomen van goud kunnen echter een deel van het blauwe licht absorberen, zodat in feite minder blauw licht wordt weerkaatst en je die gele kleur ziet.

Deze vraag verscheen oorspronkelijk op Quora. Stel een vraag en krijg een goed antwoord. Leer van experts en krijg toegang tot insider-kennis. Je kunt Quora volgen op Twitter, Facebook en Google+.

Meer vragen:

• Elektronen: hoe stellen natuurkundigen zich een elektron voor in hun hoofd?
• Kleuren: Waarom mengen kleuren zich tot andere kleuren?
• Natuurkunde van het dagelijks leven: Fotonen worden vaak pakketjes lichtenergie genoemd, hebben ze een soort membraan het structuur?