为什么水是透明的？
好了，目前大体这样，有人留言我再改（突然有人和我说，其实混浊也没有吸收阿，就不透明了…好吧，那是散射和折射，纯净的液体在没发生相变时是匀质、澄清的，光在里面可以直线传播，嘛，我们先假设提问的童鞋也是这么个意思 @冰岛蓝莓 ） 首先，我们要定义一下什么叫做透明。透明我们大体可以理解为光能够以直线的方式从某一介质当中穿过，而损失相对又不太多。比如一瓶颜色很深的溶液也是透明的，但并不是对所有波长。我想楼主问题的意思是为什么水无色透明。其实，没有哪个液体能对所有波长的电磁波完全透明 (可以参见下图，水其实对不同波长的电磁波都是略有吸收的，能量不同而已)。从下图我们也可以看出，水对可见光也还有一点点吸收，只不过吸收系数非常小，以至于我们只有在深海中才能感觉到水是蓝色的（泳池的蓝来自于硫酸铜消毒剂）。  其次我们要知道液体吸收电磁辐射的原因。我们都知道电磁辐射由光子传播，而根据量子力学原理，光子代表的是不可分的一整份能量。理想化而言分子只有两个选择，要么刚好可以吸收它，要么没办法吸收。如果这个光子所带有的能量和分子的振动和转动所需相吻合，就会被分子吸收转化成内能，一般这部分电磁辐射对应于红外光的波长。而能量再高些的时候，一个光子的能量足够改变围绕原子核的电子的运动状态，这种情况下光能就会产生化学效应（发生物质的转化），转化为化学能，比如植物光合作用。但是不论在哪种过程中，受量子力学限制分子都基本只吸收具有合适能量的光子，所以我们能看到分子有吸收光谱。（否则我们只能知道分子可以吸收的最低能量）  400 nm的蓝紫光对应能量约为300kJ/mol 参考下表可以发现，可见光区的能量不够打断大部分常见的化学键，而对于振动能级而言又不匹配 (太高了)。所以我们遇到大部分的液体都是没有颜色的。水是恰好是其中很常见的一种，分子很小很简单，没有什么特殊的地方能对可见光产生强的吸收，所以在可见光和近红外透明。其实液氨、HF很多种有机物在这范围的吸收特征大体差不多，都是接近完全透过。  另一方面，水对我们透明可能和生物起源有关，因为生物最开始来自水中，那么如果要发展一个电磁波的感受器，必然是能透过水的。也许在最初期有各种各样的变种，比如说有几个傻鸟它们在水中只能看到深紫外波段，结果捕食者来了，其他兄弟都跑了，就他们不知道留了下来， 结果全死掉后这个基因就消失了。 增补： 散射光和透射光的问题。对于液体，我们把得到的光谱叫做消光光谱，有时候会和吸收光谱混淆，但实际上两者是有差别的。全消光包含吸收和散射两个部分，对于均匀的真溶液消光可以等同于吸收，但对胶体或者浊液体系要考虑散射部分。  附图为卢奇格斯杯 (Lycurgus Cup) 它在白天和黑夜可以呈现两种不同的颜色。原因就是分散在其中的银纳米粒子可以散射绿光，白天我们看到的主要是散射光，是绿色的，而晚上因为博物馆采用背投光源所以我们能看到红色。而叶绿素的双色效应实际上是荧光和磷光，与散射有相似的地方但不完全一致，以后有机会再介绍。 |
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