「色素」と「反射」について質問

質問

「色素」について、「色素」とは分子レベルではどういった物質なのですか。たとえば、「赤色色素」とかいうのがあって、この色素分子は、赤色の可視光線だけを反射し、他の可視光線は吸収する性質を持った分子だから赤く見えるのでしょうか。
また、表面が滑らかでなかったり、内部構造が複雑だと「乱反射」してしまいますが、何で滑らかでないと乱反射するのですか。
すなわち、「光の反射」とは何なのでしょうか。光を波と考えれば、なぜ波が跳ね返ったり（反射）、波が吸収されたりするのでしょうか。そして、「吸収する」とはどういったことか、波を吸収するとその吸収した原子や分子はどうなるのか、これには電子の出す電磁波とかスピンが関係しているのでしょうか。

回答No.1

noname#5751 · ベストアンサー

私は文科系なんで波長などの物理関係には弱いんですが・・とりあえず、答えられる範囲でコメントさせていただきますね。

質問No.76020の回答No.3で補足いただいてました色素分子ですが、顔料の発色材料としては赤は鉄、青は鉛や銅、緑はカドミウム等の金属を成分として使われることが多いようです。
たとえば、血液の赤は赤血球に含まれるヘム鉄という鉄の化合物ですが、他の金属も銅がさびてできる「緑青」等、塩になるときに固有の色を発色します。
ただし、現在は鉛やカドミウムは使えないので変わりに有機材料を使うことが多いようです。

「光の吸収」とは分子が特定の光の波長に反応して分子が振動することで光のエネルギーを分子自体の運動エネルギーに変えて、最終的に熱に変換することだったと記憶しています。だから「黒い」物体は光のエネルギーを効率よく吸収して熱に変換するために熱くなりやすい、と。（記憶違いだったらゴメンナサイ）

回答No.2

kent-milds

光が波だとわかっていれば、反射を理解するのは簡単なのではないでしょうか？
波の反射は高校の物理でやるはずですよね？
逆に、反射せずに特定の波長だけ吸収される方が難しいと思います。

これは音がスポンジなどによってかき消される原理とは異なります。
音も波動性を持っているのですが、波長が長い（周波数が低い）事により、粒子性は殆ど持っていません。
音がかき消されるのは反射の際に反射するモノを振動させ、熱エネルギーに変換される事により音がかき消されます。
スポンジみたいに多くの面を持っているモノに当たると反射が繰り返されてかき消される訳です。

では光の場合はどうなるのかと言うと、その波長に見合ったエネルギーだけ、選択的に吸収される事により色がつきます。
吸収される理由は様々ですが、殆ど電子がその理由です。
例えば有機顔料なら、その波長が吸収される、つまり、とあるエネルギーで遷移状態になれる結合（二重結合、不対電子対など）があるからです。
その事により反射される光はとある波長だけ欠けた光になります。
結果的に、吸収される光の補色で見える事になります。
赤色の顔料は青緑の光を吸収する事により、赤く見えるのです。
発光していないモノに関しては、どの光を吸収するのかによって、色が決まります。
その吸収はそのエネルギーに対応する電子の遷移状態があるのかによって決まります。