(Bildnachweis: Efram Goldberg)
[Hinweis: Die Ampulle ganz links wird auf -196 ° C abgekühlt und von einer weißen Frostschicht bedeckt.]

$ NO_2 $ ist ein gutes Beispiel für ein buntes Gas. $ N_2O_4 $ (farblos) existiert im Gleichgewicht mit $ NO_2 $. Bei niedrigerer Temperatur (links im Wikipedia-Foto) wird $ N_2O_4 $ bevorzugt, während bei höherer Temperatur $ NO_2 $ bevorzugt wird.

Damit ein Gas Farbe hat, muss ein elektronischer Übergang vorhanden sein, der dem entspricht Energie des sichtbaren Lichts.

$ F_2 $ (hellgelb), $ Cl_2 $ (hellgrün), $ Br_2 $ (rötlich) ) und $ I_2 $ (lila) sind weitere Beispiele für Gase mit Farbe.

Eine vollständige Analyse, wie sichtbar oder unsichtbar ein Gas ist, würde die Dichte des Gases, die Länge des Lichtweges, die Rayleigh-Streufunktion des Gases und die Absorptionskoeffizienten aller elektronischen Übergänge, die für die Gasmoleküle oder Atome im sichtbaren Bereich verfügbar sind.

Erstens sind Gasmoleküle nicht unsichtbar. Es gibt viele Elemente, deren gasförmiger Zustand ziemlich gefärbt ist, aber diese (z. B. Jod) sind in der Atmosphäre in so seltenen Mengen vorhanden, dass der Nettoeffekt für das Auge nicht erkennbar ist. Wenn Sie nach "atmosphärischen Transmissionskurven" suchen, werden alle Arten von spektraler Absorption wieder mit Raten auftreten, die normalerweise von Ihrem Auge nicht erkannt werden.

Je mehr, desto mehr vorherrschende Arten (Stickstoff, Sauerstoff, CO2 usw.) absorbieren oder reflektieren nicht signifikant über das sichtbare Spektrum. Dies ist teilweise (wenn auch nicht vollständig - dies wird eher eine biologische als eine physikalische Frage), warum unsere Augen in dem Bereich sehen, in dem sie sich befinden Keine passenden Resonanzen oder Elektronenhüllenlücken - oder wie jeder gesagt hat, denn der Absorptionsquerschnitt ist klein genug, dass der Nettoeffekt für unsere Augen nicht erkennbar ist

Wie in vielen Antworten gesagt wurde; Alle Gase sind nicht farblos, zum Beispiel ist Chlorgas blassgelb; Das ist eine gute Sache, da es sehr gefährlich ist.

Die Gase in unserer Atmosphäre sind also farblos. Aber das ist völlig falsch herum. Wenn unsere Augen bei Frequenzen arbeiten würden, die durch Gase in der Atmosphäre blockiert werden, würden sie nicht sehr gut funktionieren. Dies ist ein wichtiger Punkt, da die Gase in unserer Atmosphäre nicht bei allen Frequenzen transparent sind. Dies ist beispielsweise das Absorptionsspektrum von Wasserdampf:

^{, reproduziert von http: //en.wikipedia .org / wiki / Elektromagnetische Absorption durch Wasser # Atmosphärische Effekte sup>}

Wenn unsere Augen um 100 nm arbeiten würden, würden wir in einer sehr dunklen Welt leben, fast das gesamte Licht würde von der Atmosphäre absorbiert. Das gleiche gilt, wenn sie mit 10 Mikrometern betrieben werden. Aber unsere Augen entwickelten sich, um das Licht zu nutzen, das ihnen zur Verfügung stand. und dieses Licht war zwischen 400-700 nm; Genau in der Mitte dieses Absorptionsabfalls (natürlich müssten Sie auch die Absorptionsspektren von Stickstoff und Sauerstoff betrachten, um ein vollständiges Bild zu erhalten).

Der Grund, warum wir keine üblichen Gase sehen können ;; weil die Evolution unsere Augen optimiert hat, um so zu arbeiten. Hätten wir uns in einer Atmosphäre entwickelt, die hauptsächlich aus Chlorgas besteht, würde ich wetten, dass wir immer noch fragen würden: "Warum können wir keine Gase sehen?" und jemand würde sich Gegenbeispiele einfallen lassen, wie die (auf ihrer Welt) Edelgase Wasserdampf, Sauerstoff und Stickstoff sichtbar waren.

Einige Gase sind tatsächlich sichtbar (z. B. Stickstoffdioxid). Die Luft ist unsichtbar, weil ihre Moleküle das sichtbare Licht nicht absorbieren. Diese Moleküle verfügen einfach nicht über nützliche Schwingungsmoden, um diese Wellenlängen zu absorbieren, oder die Elektronen in ihren Orbitalen können die Frequenzen des sichtbaren Lichts nicht nutzen, um sich in ein höheres Orbital zu bewegen (die Energiedifferenzen entsprechen nicht dem sichtbaren Licht).

In einem anderen Teil des elektromagnetischen Spektrums könnte die Luft sichtbar sein.

Einer der Gründe, warum die Augen im "sichtbaren" Spektrum empfindlich wurden, ist, dass Luft dort nicht absorbiert. Sonst wären die Augen nutzlos: Sie würden nichts als Luft sehen. Unsere Augen können uns nur sagen, was um uns herum passiert, wenn sie den Teil des Spektrums verwenden, in dem Luft nicht absorbiert.

Ein zu berücksichtigender Faktor ist, dass bei einem Material mit geringer Dichte und relativ schwachen Wechselwirkungen mit Licht die Gesamtmasse der Säule, durch die Licht hindurchgeht, einen großen Unterschied in der wahrgenommenen Farbe bewirkt. Wenn Sie beispielsweise eine weiße Badewanne mit Wasser füllen, werden Sie feststellen, dass eine Wassersäule im Zentimeterbereich aus dem Wasserhahn (oder aus Ihrem Wasserglas) transparent ist, während die Säule im Dezimeterbereich im Boden der Wanne transparent ist deutlich blau.

Sie können den gleichen Effekt sehen, wenn Sie einen grünen oder braunen Berg aus einigen zehn Kilometern Entfernung betrachten: Die Grün- und Brauntöne sind ausgewaschen durch die blaue Farbe der vielen Tonnen dazwischenliegender Luft.

Warum sind Flüssigkeiten unsichtbar? Und warum sind Gase wie silberne Kleckse? (... fragt eine Kreatur, die ihr ganzes Leben unter Wasser verbracht hat.)

Gase sind transparent und nicht unsichtbar. Das Leben am Boden eines „Ozeans der Luft“ kann bestimmten luftatmenden Organismen einen verzerrten Blickwinkel geben.

Wenn wir unser Leben im Vakuum verbringen würden, würden wir denken, dass sowohl Luft als auch Wasser transparente Flüssigkeiten sind . Wir würden feststellen, dass Luft das Licht weit weniger biegt als das Wasser. In einer Vakuumumgebung würde sich ein klarer Luftbeutel im Vergleich zu einem klaren Wasserbeutel weniger wie eine Linse verhalten.

Tatsächliche Demonstration im Klassenzimmer: Holen Sie sich ein Aquarium voller Wasser. Füllen Sie einen Wasserballon. Halten Sie nun den Ballon im Aquarium und lassen Sie ihn das Wasser ablassen. Sehen Sie etwas? Nee. Dies beweist offensichtlich, dass Wasser unsichtbar ist. :) Und wenn wir eine gasgefüllte Umgebung hätten und dann den Inhalt eines gasgefüllten Ballons freisetzen würden, könnten wir uns selbst beweisen, dass Gas unsichtbar ist. Nein? Wir sind Luftfische, leben am Grund des Stickstoffozeans und sind fest davon überzeugt, dass Gas ein unsichtbares Material ist.

Hier ist noch eine andere Perspektive: Nehmen wir an, Sie sind ungefähr 1000 km groß. Sie bücken sich, nehmen Ihre Hände und schöpfen etwas von der Erdatmosphäre auf. Heben Sie es hoch in das Vakuum. Es sieht aus wie durchscheinender hellblauer Rauch! Der KMs-tiefe Luftpool in Ihren Händen macht Ihre Handflächen etwas schwer zu sehen. Gießen Sie es wieder aus, und wenn es fällt, bildet es eine strahlend himmelblaue Wolke gegen die Dunkelheit des Weltraums. Offensichtlich ist Luft alles andere als unsichtbar.

Gas kann sehr gut sichtbar sein. Die Sonne besteht ausschließlich aus Gas und ist völlig intransparent. Innerhalb der Sonne wandern Lichtteilchen (Photonen) nur Zentimeter (in der Tiefe) bis Kilometer (näher an der Oberfläche), bevor sie absorbiert werden. Nicht wirklich anders als andere "Partikel" des lokalen Gases. Sie können also nicht in Licht in die Sonne sehen (Sie können Schallwellen als Untergrunddiagnose verwenden, aber das ist eine andere Geschichte).

Was wir "die Sonnenoberfläche" nennen, ist die Schicht weit draußen, in der das Gas dünn genug wird, um transparent zu werden. Dort entweichen die Photonen als Sonnenlicht. Das Gas dort ist tatsächlich viel weniger dicht als die transparente Luft um uns herum, da es aus nahezu reinem Wasserstoff besteht (was es für sichtbares Licht ziemlich undurchsichtig macht, wenn genügend Wasserstoffatome ein zusätzliches (zweites) Elektron aufnehmen, ein Prozess, der erst in den 1940er Jahren verstanden wurde ).

Ein kleiner Teil des sehr kleinen Teils, der zufällig auf die Erde trifft, wird in unserer Atmosphäre verstreut. Diejenigen, die zufällig in Richtung Ihres Auges springen, bilden den blauen Himmel, den Sie sehen. Blau nicht, weil sich ihre Energie (Farbe) ändert, sondern nur, weil mehr Photonen im Blau als im Rot gestreut werden. Die Sonne zeigt also bei Sonnenuntergang Rot, weil mehr Blau aus dem direkten Weg zu Ihrem Auge gelangt ist.

Die Frage ist gut, weil uns die Intransparenz von Gasen kontraintuitiv erscheint. Aus diesem Grund ist "Strahlungstransfer in Sternatmosphären" ein fortgeschrittenes Thema in Astrophysikkursen. Das Licht, das aus Sternen kommt, ist unsere Hauptdiagnose, um sie zu verstehen, aber die Interpretation dieses Lichts erfordert eine gute Einschätzung der Intransparenz des Sterngases. Google dieses Thema und lies meine Vorlesungsunterlagen ...

Sichtbarkeit ist subjektiv

Sichtbarkeit ist subjektiv, Sie benötigen einen Beobachter .

Sie haben nach der Geschichte gefragt. Es beginnt mit unseren frühesten Vorfahren, die Sensoren entwickelten, die gegenüber elektromagnetischer Strahlung empfindlich waren.

Welche Art von Sensoren und welche Art von Strahlung? Was hat einen Unterschied gemacht?

Am Anfang? Welche Strahlung auch immer verfügbar war, was auch immer mit ausreichender Energie durch die Atmosphäre gelangte, um die Erdoberfläche zu erreichen.

Als sich die Atmosphäre änderte, passten sich die Sensoren auch an die Strahlung an, die durch die Atmosphäre gelangen würde.

Im Laufe der Zeit entwickelten sich diese Sensoren zu Augen. Wie bei vielen anderen Arten.

Ich musste hier nur einwerfen!

Bei der Erweiterung Ihrer Frage fragen Sie, dass

ich nicht sicher bin, warum Gasmoleküle unsichtbar werden

Nun, alle "Moleküle" sind für unsere Augen unsichtbar. Wir haben einfach nicht das Auflösungsvermögen, um sie zu sehen. Wenn Sie ein Rasterkraftmikroskop haben, können Sie sie wie dieses

Sie können jedoch im Allgemeinen viele Gase sehen, wie @DavePHD deutlich gezeigt hat!

Wenn Sie immer noch darüber sprechen möchten, dass Sie so ziemlich alle Feststoffe oder Flüssigkeiten und nicht alle Gase sehen können, müssen Sie sich Menschen ansehen, die sich in Spiegel oder Gläser schlagen, da auch diese unsichtbar werden zu uns bei verschiedenen Gelegenheiten.

Während so gut wie alle Feststoffe und Flüssigkeiten so organisiert sind, dass sie zumindest Licht reflektieren, sind die Gase zu stark gestreut, um dies zu tun! Die einzige Eigenschaft, die es ermöglicht, dass Gase sichtbar werden, ist die Absorption oder Emission von Photonen. Wenn sich das komplementäre Licht während der Absorption im sichtbaren Bereich befindet, können wir das Gas sehen, und wenn das emittierte Licht im sichtbaren Bereich liegt, können wir es sehen, andernfalls können wir es einfach Nicht mit unseren Augen!

Denken Sie im letzten Absatz nicht an Nebel oder andere solche Dinge, die wie Gase aussehen, und sagen Sie, dass diese reflektieren! Es gibt andere Phänomene, die dort spielen und außerdem ist Nebel kein Gas! Die Reflexion von Gasen findet nur statt, wenn sie unrein und eher kolloidal sind, da die Schadstoffpartikel im Rauch schwarz / grau / weiß aussehen lassen!

Die Antwort enthält eine biologische Komponente.Tatsächlich wählt die Umwelt die Attribute aus, die die Wahrscheinlichkeit erhöhen, dass eine Art ihre Gene erfolgreich an zukünftige Generationen weitergibt.Auf dieser Grundlage entwickelt sich ein Sinn wie das Sehen in einer Spezies auf eine Weise, die den Nutzen dieses Sinnes maximiert.Für die Erdatmosphäre sind die Augen verschiedener Arten auf die spezifischen Wellenlängen des Lichts "abgestimmt", die nicht von der Atmosphäre absorbiert werden, da diese Wellenlängen diesen Arten die meisten Informationen über ihre Umgebung geben und somit ihre Reproduktionswahrscheinlichkeit erhöhen. P.>