?A qu¨¦ se debe el color de los objetos?

Sabemos que la luz es una forma de energ¨ªa que se expresa como un conjunto de radiaciones electromagn¨¦ticas y estas se propagan mediante unas part¨ªculas llamadas fotones. Los fotones tienen m¨¢s o menos energ¨ªa dependiendo de su longitud de onda. A mayor longitud de onda, menor es la energ¨ªa asociada a un fot¨®n. Por ejemplo, los rayos X son un tipo de radiaci¨®n electromagn¨¦tica que nosotros no vemos. Sus fotones tienen mucha energ¨ªa y por eso son capaces de penetrar en la materia. Gracias a esa capacidad los usamos para identificar distintos tipos de tejidos y nos informan de la posible presencia de enfermedades en el organismo o de la rotura de huesos.

De todos los tipos de radiaciones electromagn¨¦ticas, los seres humanos solo vemos una parte muy reducida conocida como espectro visible. La luz blanca es el conjunto de todas las longitudes de onda de esta regi¨®n visible y va desde los 400 hasta los 700 nan¨®metros. Esta luz se puede dispersar en toda la gama de colores que conocemos, y cada uno de esos colores tiene una longitud de onda caracter¨ªstica. El primer color que vemos es el violeta que va desde los 400 a los 450 nan¨®metros y es el m¨¢s energ¨¦tico porque tiene la longitud de onda m¨¢s corta. Despu¨¦s del violeta van el azul, el verde, el amarillo, el naranja y, por ¨²ltimo, el rojo que es el menos energ¨¦tico.

El color es una propiedad de la materia que se percibe ¨²nica y exclusivamente por la luz. En la oscuridad, en ausencia de luz, el color no existe. Y este color de la materia puede deberse a dos causas. Una de ellas es qu¨ªmica: la composici¨®n de esa materia. La otra responde a fen¨®menos f¨ªsicos y est¨¢ originada por la estructura de la materia.

La raz¨®n qu¨ªmica es la causa m¨¢s com¨²n del color. El color, llam¨¦mosle ¡°qu¨ªmico¡±, deriva de la reflexi¨®n de la luz sobre la superficie de los objetos que absorben selectivamente determinadas longitudes de onda y reflejan el resto. La materia est¨¢ formada por ¨¢tomos y ¨¦stos organizan sus electrones en capas y orbitales. Uno de estos orbitales es el de valencia, es el m¨¢s externo y los electrones que contiene son los que participan en la formaci¨®n de los enlaces. Cuando esto sucede, el orbital de valencia se desdobla y crea una serie de estados con distintas energ¨ªas. En el estado de menor energ¨ªa, conocido como fundamental, est¨¢n los electrones en reposo y todos los estados por encima de este son los excitados y de mayor energ¨ªa.

Dependiendo del ¨¢ngulo desde el que miremos veremos distintos colores

?Qu¨¦ papel juega la luz en todo esto? Cuando incide sobre la superficie de un material este absorbe la energ¨ªa de los fotones. El material va a absorber radiaci¨®n visible cuando esta radiaci¨®n posea la energ¨ªa necesaria para provocar el paso de un electr¨®n desde el estado fundamental al estado excitado. Hay materiales en los que los estados fundamental y excitado est¨¢n muy cercanos, de manera que la diferencia de energ¨ªa es muy peque?a por lo que un electr¨®n necesita absorber muy poca para pasar de un estado a otro, y por eso absorbe las longitudes de onda m¨¢s largas. As¨ª que vemos estos materiales de colores violetas-azules porque esa es la longitud de onda que reflejan. En el otro extremo, los materiales que tienen los estados fundamental y excitado m¨¢s alejados necesitan absorber mucha m¨¢s energ¨ªa para pasar de un estado a otro por lo que absorben las longitudes de onda m¨¢s cortas y reflejan las m¨¢s largas, por lo que los veremos en tonos rojos.

Si la superficie de un objeto absorbe todas las longitudes de onda y no refleja ninguna, vemos ese objeto de color negro. Si por el contrario no absorbe radiaci¨®n del espectro visible y refleja toda la luz, vemos los objetos blancos o incluso trasparentes.

El color como resultado de este efecto f¨ªsico-qu¨ªmico, es decir, resultado de la absorci¨®n energ¨¦tica, es el responsable del 99% de los colores que percibimos. ?De d¨®nde viene el 1% restante? Esta parte es pura f¨ªsica. Es el color que vemos, por ejemplo, en las plumas de determinadas aves, como los pavos reales; las alas de las mariposas o la superficie de las pompas de jab¨®n. En este caso el color no est¨¢ causado por pigmentos que absorben energ¨ªa de la luz sino que se debe a la estructura interna de la materia y por eso se conoce como color estructural. Son los colores m¨¢s brillantes de la naturaleza. La apariencia de esos colores depende de c¨®mo est¨¢n ordenadas las estructuras de esos materiales en la nanoescala, es decir a una escala muy peque?a. Estos colores se producen por la interacci¨®n de la luz con mol¨¦culas o nanoestructuras que est¨¢n ordenadas de manera peri¨®dica y con un tama?o similar al tama?o de la longitud de onda de la luz visible.

Lo importante aqu¨ª es que dependiendo del ¨¢ngulo desde el que miremos veremos distintos colores. La geometr¨ªa de la estructura de este material, en su escala m¨¢s peque?a, es la responsable de que a ciertos ¨¢ngulos los haces de luz se sumen o se anulen y provoquen que solo determinadas longitudes de onda, es decir colores, sean percibidas.

Elena ?vila es doctora en qu¨ªmica, investigadora del Departamento de Ingenier¨ªa Qu¨ªmica y Biotecnolog¨ªa de la Universidad de Cambridge (Reino Unido)

Pregunta enviada v¨ªa email por M¨®nica Cerrolaza

Nosotras respondemos es un consultorio cient¨ªfico semanal, patrocinado por la Fundaci¨®n Dr. Antoni Esteve y el programa L¡¯Or¨¦al-Unesco ¡®For Women in Science¡¯, que contesta a las dudas de los lectores sobre ciencia y tecnolog¨ªa. Son cient¨ªficas y tecn¨®logas, socias de AMIT (Asociaci¨®n de Mujeres Investigadoras y Tecn¨®logas), las que responden a esas dudas. Env¨ªa tus preguntas a nosotrasrespondemos@gmail.com o por Twitter #nosotrasrespondemos.

Coordinaci¨®n y redacci¨®n: Victoria Toro