Por que os metais são opacos e brilhantes à luz visível?
Passo 1
Beleza, a pergunta é “Por que os metais são opacos e brilhantes à luz visível?” Isso é Física do estado sólido / Óptica de materiais e a gente vai usar o modelo de elétrons livres (Drude) e o conceito de frequência de plasma. Em resumo: a teoria diz que os elétrons livres nos metais interagem fortemente com a luz e isso gera reflexão (brilho) e impede a passagem do feixe (opacidade).
Passo 2
Primeiro, o que é o modelo de Drude? Imagina os elétrons valência num metal como uma “gasolina” de cargas livres, que se movem quase sem obstáculos (só esbarram de vez em quando). Quando chega uma onda eletromagnética, esses elétrons oscilam e criam correntes que induzem campos que, por sua vez, afetam a propagação da luz no material.
Passo 3
A conta-chave é a frequência de plasma
, que indica acima de que frequência dos fótons o metal “deixa passar” a luz. Ela vale:
onde
• é a densidade de elétrons livres,
• carga do elétron,
• massa efetiva do elétron,
• permitividade do vácuo.
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Passo 4
Agora, o que acontece no visível? As frequências visíveis (
Hz) ficam geralmente abaixo de
dos metais (que está no ultravioleta). Nessa faixa, a permittividade complexa do metal
tem parte real negativa. Quando
, o índice de refração também fica complexo, o que causa:
- Reflexão quase total da luz incidente → a gente vê brilho.
- Profunda atenuação da onda dentro do metal (a penetração é só uns poucos nanômetros) → é opaco, a luz não atravessa.
Passo 5
Resumindo a teoria: abaixo da frequência de plasma, os elétrons livres respondem “às cegas” à luz e criam correntes que cancelam o campo interno, refletindo quase toda a onda de volta e absorvendo o resto em pouquíssima profundidade.
Resposta
Os metais são opacos e brilhantes à luz visível porque sua “gasosa” de elétrons livres tem uma frequência de plasma acima da faixa visível. Isso faz com que a parte real da permitividade seja negativa, resultando em forte reflexão (brilho) e penetração mínima da luz (opacidade).