液体の屈折率と艶の関係

質問

屈折率が高い液体を塗布すると、非常に艶や透明感がでます。また、見る角度によっては、虹色に見えとても奇麗です。屈折率が高いとなぜ艶や透明感を強く感じ、虹色に見えたりするのでしょうか？口紅やリップグロスの艶出しに高屈折率油を使っている様ですが．．．．．．。

回答No.3

mm70663

屈折率差が大きいと反射が大きいというのはNo.2さんのおっしゃる通り。
反射が大きいから輝いて見える。
けれど、虹色に見えるのは、干渉色では？
＃シャボン玉が虹色に見えるのと同じ理由。

回答No.2

walkingdic

人間の目に映る光沢というのは、その表面が滑らかで反射（このような反射を鏡面反射といいます）が強い場合です。
液体はみなその表面は滑らかになります。ただ屈折率の低い、たとえば水（可視光に対しては１．３程度）などだと反射率はあまり高くありません。
反射率は簡単に垂直反射率の計算では、（ｎ－１）＾２／（ｎ＋１）＾２（ｎ：屈折率、吸収はないとする）となり、屈折率が高いほうが反射率も高くなります。

つまりより光沢の強い液体となります。もちろん液体がそのまま硬化しても、屈折率は他多少変わりますが、表面が液体のときのままであればよく鏡面反射しますので、つやとして認識されるわけです。

虹色など色が付くのはまた別の理由になります。とはいえ屈折率が高いことと無関係ではありません。
色が付くのはプリズムのような光の分散効果によるものです。一般に屈折率が高い物質は可視光の中でも光の波長により屈折率が異なります。つまり青い光（波長が短い）に対する屈折率と赤い光（波長が長い）に対する屈折率では異なるわけです。これを分散といっています。

そのため、光が斜め方向から進入すると波長ごとに屈折する角度が異なることになり、それが目に入ったときに色がついて見える原因となります。

実は屈折率が高くなるためには、光の吸収する位置が可視光に近いところにある必要があり、それはとりもなおさず、屈折率の分散が大きいことを意味しています。専門的にはクロマース＝クローニッヒの関係にて説明され、この原理は本質的なので、屈折率の高い物質－＞分散も大きい物質という関係が大体成立しています。
（現実の物質では吸収スペクトルが複雑なので、必ずしも成立しない場合もありますが、先の原理にもとづいてスペクトルから計算すると、きちんと計算どおりになります）

蛇足ですが、この屈折率は特に物質の密度と一致しているというわけではありません（それよりは吸収スペクトルのほうが重要）。ただ屈折率というのは原子・分子と光の相互作用であることから、相互作用する原子・分子の数が多いほうが当然屈折率は高くなりますので、たとえば同じ物質で密度の異なるものを用意すれば当然密度の高いほうが屈折率は高くなります。
そういう意味で無関係ではありません。

お礼

お礼が遅くなり申し訳ありませんでした。化学の知識はある程度あるのですが、物理が苦手な私には、やや難しい内容の御回答でしたが、なんとなく理解できました。

回答No.1

debukuro

屈折率が高いのは密度が高いからです
密度が高いほど表面が滑らかになるのです
屈折率が高いと光の分散が大きいので少しの角度変化で色が大きく変わるのです
膜の中に入った光が内部で反射されて戻ってきたときに屈折していろんな色に分かれるのです
ダイヤモンドが美しく輝くのも同じ原理です

補足

御回答頂きありがとうございます。
高屈折率(高密度）がゆえ、液体を透過する光の速度が遅くなることから、液体が明るく、よりクリアに見えるという考え方は正しいでしょうか。
表面の滑らかさは反射光による輝きと関連深いものと思いますが、密度と平滑性との関連性がいまひとつ理解できません。より詳しく教えて頂けないでしょうか。