Color de los productos químicos

El color de las sustancias químicas es una propiedad física de las mismas que, en la mayoría de los casos, proviene de la excitación de los electrones debido a la absorción de energía realizada por la sustancia química.

El estudio de la estructura química mediante la absorción y liberación de energía se conoce generalmente como espectroscopia .

Todos los átomos y moléculas son capaces de absorber y liberar energía en forma de fotones , lo que conlleva un cambio de estado cuántico. La cantidad de energía absorbida o liberada es la diferencia entre las energías de los dos estados cuánticos. Existen diversos tipos de estados cuánticos, como, por ejemplo, los estados rotacionales y vibracionales de una molécula. Sin embargo, la liberación de energía visible para el ojo humano, comúnmente denominada luz visible, abarca longitudes de onda de aproximadamente 380  nm a 760  nm, dependiendo del individuo, y los fotones en este rango suelen ir acompañados de un cambio en el estado cuántico orbital atómico o molecular . La percepción de la luz está regida por tres tipos de fotorreceptores en el ojo, que son sensibles a diferentes rangos de longitud de onda dentro de esta banda.

La relación entre energía y longitud de onda está determinada por la relación de Planck-Einstein.

${\displaystyle E=hf={\frac {hc}{\lambda }}}$

donde E es la energía del cuanto ( fotón ), f es la frecuencia de la onda de luz, h es la constante de Planck , λ es la longitud de onda y c es la velocidad de la luz .

Las relaciones entre las energías de los distintos estados cuánticos se tratan mediante la teoría de orbitales atómicos , la teoría de orbitales moleculares , la teoría del campo de ligandos y la teoría del campo cristalino . Si la materia absorbe fotones de una longitud de onda determinada, entonces, al observar la luz reflejada o transmitida a través de ella, lo que vemos es el color complementario , formado por las demás longitudes de onda visibles restantes. Por ejemplo, el betacaroteno tiene una absorción máxima a 454  nm (luz azul), por lo que la luz visible restante aparece de color naranja.

Lo que percibe el ojo no es el color absorbido, sino el color complementario resultante de la eliminación de las longitudes de onda absorbidas . Esta perspectiva espectral se observó por primera vez en la espectroscopia atómica .

A continuación se muestra una tabla aproximada de longitudes de onda, colores y colores complementarios. Esta tabla utiliza las ruedas de color científicas CMY y RGB en lugar de la tradicional rueda de color RYB . ^{[ 1 ]}

Esto solo puede utilizarse como una guía muy aproximada, por ejemplo, si existe un rango estrecho de longitudes de onda dentro de la banda.Cuando se absorbe la luz de 647 a 700  nm , los receptores azul y verde se estimulan completamente, produciendo cian, y el receptor rojo se estimula parcialmente, diluyendo el cian a un tono grisáceo.

La gran mayoría de los compuestos inorgánicos simples (p. ej., cloruro de sodio ) y orgánicos (p. ej., etanol) son incoloros. Los compuestos de metales de transición suelen ser coloreados debido a las transiciones de electrones entre orbitales d de diferente energía (véase Metales de transición#Compuestos coloreados ). Los compuestos orgánicos tienden a ser coloreados cuando hay una conjugación extensa , lo que provoca una disminución de la brecha de energía entre el HOMO y el LUMO , desplazando la banda de absorción de la región UV a la visible. De manera similar, el color se debe a la energía absorbida por el compuesto cuando un electrón transita del HOMO al LUMO. El licopeno es un ejemplo clásico de un compuesto con conjugación extensa (11 enlaces dobles conjugados), lo que da lugar a un color rojo intenso (el licopeno es responsable del color de los tomates ). Los complejos de transferencia de carga tienden a tener colores muy intensos por diferentes razones.

Sin embargo, los colores de los elementos varían según con qué se complejizan, y a menudo también según su estado químico. Un ejemplo es el vanadio(III); el VCl₃ _{tiene un} característico tono rojizo, mientras que el V₂O₃ _aparece negro.