Co způsobuje barvu minerálů a hornin? (1)

Zamysleli jste se někdy nad tím, odkud berou minerály a horniny svou barvu? Vysvětlení barvy minerálů se dá překvapivě vysvětlit dynamikou žáků ve školní třídě. (délka blogu 4 min.)

Odpověď je překvapivě jednoduchá. Za všechno může… fyzika a její mladší sestra chemie.

Barva minerálů totiž přímo závisí na jejich složení (tedy jejich chemii) a na barevném vjemu v našem oku (za který může nejen biologie ale také fyzikální zákony).

Co je to barva

Náš mozek reaguje na informace, které mu dodávají smyslové orgány. Pokud by byli všichni lidé identičtí, viděli bychom také různě barevné předměty identicky - měly by tedy pro nás stejné barvy. Ve vnímání barev různými lidmi existují ale větší i menší rozdíly. Pokud tedy budeme dál mluvit o barevných vjemech, bude se jednat o většinovém vnímání barev.

Naše smysly jsou přitom značně omezené. Vidíme jen úzkou část elektromagnetického spektra - vlnovým délkám fotonů přitom přiřazujeme různé barvy.

Příroda nám ovšem nedala možnost pozorovat infračervené záření, které sousedí s červenou barvou - ani ultrafialové světlo, které sousedí s barvou modrou a fialovou. Nevidíme také ani rádiovou část spektra ani tvrdé gama paprsky.

Jak vzniká barva

Vycházíme z toho, že na povrch minerálu nebo horniny dopadá bílé (sluneční) světlo. Pokud se minerál zdá být bílý, znamená to, že jeho povrch neabsorboval přednostně žádnou z různých vlnových délek, ze kterých se skládá bílé světlo přicházející ze Slunce. Všechny vlnové délky se odrazily od povrchu ve stejném vzájemném poměru, v jakém na předmět dopadaly. Vidíme tedy odražené světlo stejného složení, jaké mělo dopadající světlo.

Pokud naopak vidíme černý předmět, znamená to, že se pohltily všechny vlnové délky dopadajícího světla - povrch minerálu nebyl vybíravý.

Barva různých minerálů je pak logicky následkem určité vybíravosti povrchu - jinými slovy: povrch absorbuje jen určité vlnové délky. Ty pak z odraženého světla zmizí a my vnímáme odražené světlo určité barvy.

Otázka, co způsobuje barvu minerálů, se tedy mění na jinou otázku - co způsobuje absorpci různých vlnových délek povrchem daného minerálu? A právě tady přichází ke slovu chemie.

Absorpce světla - a co má společného se školní třídou

Za absorpci světla materiálem jsou zodpovědné některé z elektronů, obklopujících jádro atomu. Každý chemický prvek (ve své neutrální formě) má své specifické a neopakovatelné množství protonů v jádře - a tedy i elektronů v elektronovém obalu. Elektrony totiž kompenzují elektrický náboj protonů v jádře.

Elektrony jsou kolem jádra rozloženy podle určitých pravidel, která by se dala přirovnat k zasedacímu pořádku ve školní třídě. Zatímco se od těch elektronů, které jsou nejblíže jádru (sedících nejblíže učiteli), nedá očekávat, že se budou rozptylovat nějakými vnějšími vlivy - je tomu u nejvzdálenějších elektronů (v zadních lavicích třídy) přímo naopak.

A stejně jako ve třídě plné žáků - i v minerálu záleží na tom, kolik žáků se nachází v zadních lavicích, kdo přesně tam sedí a čím se poslední řada ráda zabývá. Barva závisí na chemickém složení a ochotě elektronů v daném složení vzájemně interagovat.

To, že se ve složení minerálu nachází například měď, pak v praxi zdaleka neznamená, že bude minerál mít nutně modrou barvu. A zároveň to znamená, že různé minerály mohou mít stejnou nebo podobnou barvu i když mají různé složení.

Zjednodušeně řečeno - jev spočívá v tom, že elektrony, které spolu „zlobí“, absorbují určité vlnové délky světla. Přitom mohou „zlobit“ různé party elektronů, které mohou mít i rozdílné složení - a výsledek může být přesto identický.

Barva jako výsledek „zlobení“ elektronů

Konkrétní proces „zlobení“ přitom může probíhat následujícím způsobem. Žáci během vyučování vyrušují tím, že se mohou přesouvat mezi posledními dvěma řadami lavic (elektrony mohou mít dva různé energetické stavy). K tomu, aby žáci z předposlední řady mohli přejít do poslední řady, musí obdržet určitou motivaci (energii fotonu dopadajícího světla). Každá třída je jiná a každá třída má jiné uspořádání nábytku (různé druhy molekul). U každé třídy je vzdálenost posledních dvou řad lavic specifická (rozdíly mezi oběma energetickými hladinami elektronů jsou u různých látek různé).

Fotony viditelného světla si nesou různé množství energie - právě v závislosti na vlnové délce.

Je jen logické, že přemístění zlobivého žáka z předposlední lavice do poslední (přechod elektronu z jedné energetické úrovně na druhou) vyvolá jen určitý foton, který má vhodnou vlnovou délku.

Výše v textu jsem mimochodem zmínila, že podobně jako na tvorbě barvy se vnější elektrony účastní i chemických reakcí. Rozdíl spočívá v tom, že při tvorbě barevného vjemu žáci ruší jen ve své třídě. V případě chemické reakce jdou obtěžovat do vedlejší třídy (elektrony přitahují volná místa v elektronovém obalu reagujícího chemického prvku).

^{Příště: Co způsobuje barvu minerálů (2) - proč jsou vlastně děti ve vaší třídě zlobivé?}