Luz e cor (1) - Por que as coisas são coloridas?

Muitas propriedades da matéria podem ser explicadas pela estrutura molecular e pelas interações entre moléculas. É o caso da dureza, dos pontos de fusão e ebulição, da densidade e também da cor. Porém, a avaliação dessa última propriedade a partir da estrutura molecular não é simples. Sabemos que a luz interage com a matéria, sendo em parte absorvida e em parte refletida. É essa cor refletida que percebemos como a cor do material. Nada mais natural, então, que começar lembrando o que é luz.

O problema, é que, parafraseando o físico Richard Feynman, a luz "não se parece com nada que você já tenha visto". Nadinha mesmo. A luz é uma onda eletromagnética, cuja energia é mediada por fótons - partículas sem massa ou carga, mas dotadas de energia.

Parte das propriedades da luz que conhecemos - trajetória retilínea, por exemplo - pode ser explicada pensando na luz como partícula, mas propriedades como a difração exigem que se pense na luz como uma onda. Muito do que se sabe sobre a luz e os fótons foi determinado no último século; para o que se pretende explicar aqui, a idéia da luz-partícula é mais simples.

Digamos que a luz é "feita" de fótons, partículas que possuem uma energia relacionada à sua freqüência. Quanto mais alta a freqüência da luz, maior a sua energia, e menor o seu comprimento de onda.

A luz que enxergamos - aquela que, portanto, tem cor - é apenas uma faixa estreita do espectro eletromagnético, que compreende também as ondas de rádio, luz infravermelha, ultravioleta, raios X e raios gama. A luz que "vemos" é a que tem comprimento de onda entre cerca de 400 e 700nm:

Por que vemos essa faixa de cores?

Porque o nosso olho é sensível a essa faixa do espectro eletromagnético. Essa resposta parece óbvia, já que os olhos evidentemente evoluíram para perceber essa faixa de luz; mas o fato é que nem toda a luz interage do mesmo jeito com a matéria.

Nem toda luz tem energia suficiente para causar alterações que possam ser transformadas em impulsos nervosos. A energia de algumas ligações típicas é dada na tabela abaixo:

Os dados dessa tabela mostram algumas coisas que você conhece: primeiro, que a radiação infravermelha está associada a interações fracas, como as forças de Van der Waals. Toda matéria emite radiação infravermelha.

Segundo, que é preciso de mais energia para romper ligações mais fortes - pontes de hidrogênio e ligações iônicas, por exemplo. Terceiro, que as radiações UVB, tem muita energia, o que explica a sua periculosidade.

Mas espere: se a radiação UV é tão energética, não poderia ser enxergada? Poderia sim, e vários pássaros e insetos são capazes de perceber luz na faixa ultravioleta. Ocorre que energia demais acaba interagindo de forma a ionizar as substâncias, o que dificulta o funcionamento reversível dos sistemas óticos.

A figura a seguir ilustra a principal transformação responsável pela visão, a isomerização do cis-retinal ligado a uma proteína, a opsina:

Nessa transformação, um fóton é absorvido por um elétron da ligação indicada. A ligação deixa de ser dupla, por um momento, o que

permite que a molécula gire, formando o isômero trans- e gerando uma cascata de transformações que culmina na emissão de um impulso nervoso.

A propósito, lembre que ligações simples podem girar sem romper, enquanto duplas não podem:

A luz necessária, em se tratando de bastonetes, é de mais ou menos 498nm. Para os três tipos de cones, S, M e L (as células responsáveis pela percepção de cores) há respectivamente três comprimentos de onda: em torno de 420nm, para a percepção de luz azul; 534nm, para a luz verde; e 564nm, para a luz vermelha.

A luz necessária, em se tratando de bastonetes, é de mais ou menos 498nm. Para os três tipos de cones, S, M e L (as células responsáveis pela percepção de cores) há respectivamente três comprimentos de onda: em torno de 420nm, para a percepção de luz azul; 534nm, para a luz verde; e 564nm, para a luz vermelha.

Curiosamente, a cor pode ser percebida tanto como um comprimento de onda puro, quanto com algumas combinações de cores (cores metaméricas). Um exemplo: o efeito de um pouquinho de luz azul, um pouco mais de verde e uma boa dose de vermelho causa o mesmo efeito nos cones que um único feixe de luz alaranjada. Esse efeito é explorado em televisões ou monitores, em que os componentes vermelho, verde a azul (em inglês, a sigla é RGB) formam todos os "milhões de cores" que o monitor oferece.