¿A qué se debe el color de los objetos?

Sabemos que la luz es una forma de energía que se expresa como un conjunto de radiaciones electromagnéticas y estas se propagan mediante unas partículas llamadas fotones. Los fotones tienen más o menos energía dependiendo de su longitud de onda. A mayor longitud de onda, menor es la energía asociada a un fotón. Por ejemplo, los rayos X son un tipo de radiación electromagnética que nosotros no vemos. Sus fotones tienen mucha energía 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 electromagnéticas, 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 región visible y va desde los 400 hasta los 700 nanómetros. Esta luz se puede dispersar en toda la gama de colores que conocemos, y cada uno de esos colores tiene una longitud de onda característica. El primer color que vemos es el violeta que va desde los 400 a los 450 nanómetros y es el más energético porque tiene la longitud de onda más corta. Después del violeta van el azul, el verde, el amarillo, el naranja y, por último, el rojo que es el menos energético.

El color es una propiedad de la materia que se percibe única 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 química: la composición de esa materia. La otra responde a fenómenos físicos y está originada por la estructura de la materia.

La razón química es la causa más común del color. El color, llamémosle “químico”, deriva de la reflexión de la luz sobre la superficie de los objetos que absorben selectivamente determinadas longitudes de onda y reflejan el resto. La materia está formada por átomos y éstos organizan sus electrones en capas y orbitales. Uno de estos orbitales es el de valencia, es el más externo y los electrones que contiene son los que participan en la formación de los enlaces. Cuando esto sucede, el orbital de valencia se desdobla y crea una serie de estados con distintas energías. En el estado de menor energía, conocido como fundamental, están los electrones en reposo y todos los estados por encima de este son los excitados y de mayor energía.

Dependiendo del ángulo desde el que miremos veremos distintos colores

¿Qué papel juega la luz en todo esto? Cuando incide sobre la superficie de un material este absorbe la energía de los fotones. El material va a absorber radiación visible cuando esta radiación posea la energía necesaria para provocar el paso de un electrón desde el estado fundamental al estado excitado. Hay materiales en los que los estados fundamental y excitado están muy cercanos, de manera que la diferencia de energía es muy pequeña por lo que un electrón necesita absorber muy poca para pasar de un estado a otro, y por eso absorbe las longitudes de onda más largas. Así 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 más alejados necesitan absorber mucha más energía para pasar de un estado a otro por lo que absorben las longitudes de onda más cortas y reflejan las más 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 radiación del espectro visible y refleja toda la luz, vemos los objetos blancos o incluso trasparentes.

El color como resultado de este efecto físico-químico, es decir, resultado de la absorción energética, es el responsable del 99% de los colores que percibimos. ¿De dónde viene el 1% restante? Esta parte es pura física. 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 jabón. En este caso el color no está causado por pigmentos que absorben energía 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 más brillantes de la naturaleza. La apariencia de esos colores depende de cómo están ordenadas las estructuras de esos materiales en la nanoescala, es decir a una escala muy pequeña. Estos colores se producen por la interacción de la luz con moléculas o nanoestructuras que están ordenadas de manera periódica y con un tamaño similar al tamaño de la longitud de onda de la luz visible.

Lo importante aquí es que dependiendo del ángulo desde el que miremos veremos distintos colores. La geometría de la estructura de este material, en su escala más pequeña, es la responsable de que a ciertos ángulos los haces de luz se sumen o se anulen y provoquen que solo determinadas longitudes de onda, es decir colores, sean percibidas.

Elena Ávila es doctora en química, investigadora del Departamento de Ingeniería Química y Biotecnología de la Universidad de Cambridge (Reino Unido)

Pregunta enviada vía email por Mónica Cerrolaza

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