(crédit photographique: Efram Goldberg)
[Remarque: l'ampoule la plus à gauche est refroidie à -196 ° C et recouverte d'une couche blanche de givre .]

$ NO_2 $ est un bon exemple de gaz coloré. $ N_2O_4 $ (incolore) existe en equillibrium avec $ NO_2 $. A basse température (à gauche sur la photo Wikipédia), $ N_2O_4 $ est favorisé, tandis qu'à température plus élevée $ NO_2 $ est favorisé.

Pour qu'un gaz ait de la couleur, il faut une transition électronique correspondant au énergie de la lumière visible.

$ F_2 $ (jaune pâle), $ Cl_2 $ (vert pâle), $ Br_2 $ (rougeâtre) ) et $ I_2 $ (violet) sont d'autres exemples de gaz colorés.

Une analyse complète de la visibilité ou de l’invisibilité d’un gaz prendrait en compte la densité du gaz, la longueur du trajet de la lumière, la fonction de diffusion de Rayleigh du gaz et la coefficients d'absorbance de toutes les transitions électroniques disponibles pour les molécules de gaz ou les atomes dans le domaine du visible.

Tout d'abord, les molécules de gaz ne sont pas invisibles. Il existe de nombreux éléments dont l'état gazeux est assez coloré, mais ceux-ci (l'iode, par exemple) sont en quantités si rares dans l'atmosphère que l'effet net n'est pas perceptible à l'œil nu. Ensuite, si vous recherchez des «courbes de transmission atmosphérique» sur Google, vous verrez toutes sortes d'absorption spectrale en cours, là encore à des taux qui ne sont normalement pas détectables par votre œil.

En l'occurrence, plus les espèces répandues (azote, oxygène, CO2, etc.) n'absorbent pas ou ne réfléchissent pas de manière significative sur le spectre visible. C'est en partie (mais pas entièrement - cela devient une question biologique plutôt que physique) pourquoi nos yeux voient dans la gamme où ils le font.

EDIT: par la demande de @ DavidRicherby ajoutant: ces gaz n'absorbent pas parce qu'ils ont pas de résonances ou d'écarts de couche d'électrons à égaler - ou comme tout le monde l'a dit, parce que la section efficace d'absorption qu'ils ont est suffisamment petite pour que l'effet net ne se distingue pas à nos yeux

Comme cela a été dit par de nombreuses réponses; tous les gaz ne sont pas incolores, par exemple le chlore gazeux est jaune pâle; ce qui est une bonne chose car c'est très dangereux.

Les gaz de notre atmosphère sont donc incolores. Mais c'est tout à fait la mauvaise façon de voir les choses. Si nos yeux fonctionnaient à des fréquences bloquées par des gaz dans l'atmosphère, ils ne fonctionneraient pas très bien. Et c'est un point important car les gaz de notre atmosphère ne sont pas transparents à toutes les fréquences. Par exemple, voici le spectre d'absorption de la vapeur d'eau:

^{reproduit de http: //en.wikipedia .org / wiki / Electromagnetic_absorption_by_water # Atmospheric_effects}

Si nos yeux fonctionnaient à environ 100 nm, nous vivrions dans un monde très sombre, presque toute la lumière serait absorbée par l'atmosphère. La même chose s'ils fonctionnaient à 10 micromètres. Mais nos yeux ont évolué pour utiliser la lumière qui leur était disponible; et cette lumière était entre 400 et 700 nm; en plein milieu de cette baisse d'absorption (évidemment, vous devez également regarder les spectres d'absorption de l'azote et de l'oxygène pour obtenir une image complète).

Donc, la raison pour laquelle nous ne pouvons pas voir les gaz courants ; parce que l'évolution a optimisé nos yeux pour travailler de cette façon. Si nous avions évolué dans une atmosphère principalement composée de chlore gazeux, je parierais que nous nous demanderions toujours "Pourquoi ne pouvons-nous pas voir les gaz?" et quelqu'un trouverait les contre-exemples de la façon dont les gaz rares (sur leur monde), la vapeur d'eau, l'oxygène et l'azote étaient visibles.

Certains gaz sont effectivement visibles (le dioxyde d'azote par exemple). L'air est invisible, car ses molécules n'absorbent pas la lumière visible. Ces molécules n'ont tout simplement pas de modes de vibration utiles disponibles pour absorber ces longueurs d'onde, ou les électrons dans leurs orbitales ne peuvent pas utiliser les fréquences de la lumière visible pour se déplacer vers une orbitale plus élevée (les différences d'énergie ne correspondent pas à la lumière visible).

Dans une autre partie du spectre électromagnétique, l'air pourrait être visible.

Une des raisons pour lesquelles les yeux sont devenus sensibles dans le spectre "visible" est que l'air n'y absorbe pas. Sinon, les yeux seraient inutiles: vous ne verriez que de l'air. Nos yeux ne peuvent nous dire ce qui se passe autour que s'ils utilisent la partie du spectre où l'air n'absorbe pas.

Un facteur à garder à l'esprit est que pour un matériau de faible densité avec des interactions relativement faibles avec la lumière, la masse totale de la colonne traversée par la lumière fera une grande différence dans la couleur perçue. Par exemple, si vous remplissez une baignoire blanche avec de l'eau, vous remarquerez qu'une colonne d'eau à l'échelle du centimètre du robinet (ou de votre verre à eau) est transparente, tandis que la colonne à l'échelle décimétrique au fond de la baignoire est distinctement bleu.

Vous pouvez voir le même effet si vous regardez une montagne verte ou brune à quelques dizaines de kilomètres: les verts et les bruns sont délavés par la couleur bleue des nombreuses tonnes d'air qui interviennent.

Pourquoi les liquides sont-ils invisibles? Et pourquoi les gaz sont-ils comme des gouttes argentées? (... demande une créature qui a passé toute sa vie sous l'eau.)

Les gaz sont transparents, pas invisibles. La vie au fond d'un «océan d'air» peut donner à certains organismes respirant l'air un point de vue déformé.

Si nous passions nos vies dans le vide, alors nous penserions que l'air et l'eau étaient des fluides transparents . Nous remarquons que l'air plie beaucoup moins la lumière que l'eau. Dans un environnement sous vide, un sac d’air clair se comporterait moins comme une lentille, si on le compare à un sac d’eau claire.

Démonstration en classe: obtenir un aquarium rempli d’eau. Remplissez un ballon d'eau. Maintenez maintenant le ballon immergé dans l'aquarium et laissez-le libérer l'eau. Vous voyez quelque chose? Nan. Cela prouve évidemment que l'eau est invisible. :) Et si nous avions un environnement rempli de gaz, et ensuite libéré le contenu d'un ballon rempli de gaz, nous pourrions nous prouver que le gaz est invisible. Non? Nous sommes des poissons aériens, vivant au fond de l'océan d'azote, et fermement convaincus que le gaz est un matériau invisible.

Voici encore une autre perspective: supposons que vous mesurez environ 1000 km. Vous vous penchez, prenez vos mains et récupérez une partie de l'atmosphère terrestre. Soulevez-le haut dans le vide. Cela ressemble à de la fumée bleu clair translucide! Le bassin d'air profond de KM dans vos mains rend vos paumes un peu difficiles à voir. Versez-le à nouveau et en tombant, il forme un panache bleu ciel brillant contre la noirceur de l'espace. De toute évidence, l'air est loin d'être invisible.

Le gaz peut être très visible. Le soleil est entièrement fait de gaz et est totalement transparent. À l'intérieur du soleil, les particules de lumière (photon) ne voyagent que de quelques centimètres (dans les très profonds) à des kilomètres (plus près de la surface) avant d'être absorbées. Pas vraiment différent des autres «particules» du gaz local. Vous ne pouvez donc pas voir le soleil à la lumière (vous pouvez utiliser les ondes acoustiques comme diagnostic sous la surface, mais c'est une autre histoire).

Ce que nous appelons «la surface solaire» est la couche éloignée où le gaz devient suffisamment ténu pour devenir transparent. Là, les photons s'échappent sous forme de lumière solaire. Le gaz y est en fait beaucoup moins dense que l'air transparent qui nous entoure car il est composé d'hydrogène presque pur (ce qui le rend assez opaque à la lumière visible si suffisamment d'atomes d'hydrogène capturent un (deuxième) électron supplémentaire, un processus compris seulement dans les années 1940. ).

Une petite fraction de la toute petite fraction qui arrive à frapper la terre est dispersée dans notre atmosphère; ceux qui rebondissent vers vos yeux forment le ciel bleu que vous voyez. Bleu non pas parce qu'ils changent d'énergie (couleur), seulement parce que plus de photons sont dispersés dans le bleu que dans le rouge - donc le soleil est rouge au coucher du soleil parce que plus de bleu est sorti de la voie directe vers votre œil.

La question est bonne car l'intransparence des gaz nous paraît contre-intuitive. C'est pourquoi le "transfert radiatif dans les atmosphères stellaires" est un sujet avancé dans les cours d'astrophysique. La lumière qui sort des étoiles est notre principal diagnostic pour les comprendre, mais l'interprétation de cette lumière nécessite une bonne appréciation de l'intransparence du gaz stellaire. Google ce sujet et lire mes notes de cours ...

La visibilité est subjective

La visibilité est subjective, vous avez besoin d'un observateur.

Vous avez demandé l'histoire. Cela commence avec nos premiers ancêtres, qui ont développé des capteurs sensibles au rayonnement électromagnétique.

Quels types de capteurs et quel type de rayonnement? Qu'est-ce qui a fait la différence.

Au début? Quel que soit le rayonnement disponible, tout ce qui a traversé l'atmosphère avec suffisamment d'énergie pour atteindre la surface de la terre.

Au fur et à mesure que l'atmosphère changeait, les capteurs s'adaptaient au rayonnement qui passerait.

Au fil du temps, ces capteurs ont évolué en yeux. Comme ils l'ont fait avec de nombreuses autres espèces.

Je devais juste intervenir ici!

Dans le développement de votre question, vous posez cela

Je ne suis pas sûr de ce qui rend les molécules de gaz invisibles

Eh bien, toutes les "molécules" sont invisibles à nos yeux, nous n'avons tout simplement pas le pouvoir de résolution de les voir, si vous avez un microscope à force atomique, vous pouvez les voir comme ceci

Cependant, vous pouvez voir de nombreux gaz en général comme @DavePHD l'a clairement montré!

Si vous avez toujours l'intention de parler du fait que vous pouvez voir à peu près tous les solides ou liquides et pas tous les gaz, alors vous devez regarder les gens se cognant dans des miroirs ou des lunettes car ceux-ci deviennent également invisibles. à nous à diverses occasions.

Bien que pratiquement tous les solides et liquides soient suffisamment organisés pour au moins refléter la lumière, les gaz sont trop dispersés pour le faire! La seule propriété qui permet aux gaz de devenir visibles est l'absorption ou l'émission de photons, si pendant l'absorption la lumière complémentaire est dans la plage visible, nous pouvons voir le gaz, et si la lumière émise est dans la plage visible, nous pouvons la voir, sinon nous pouvons juste pas avec nos yeux!

Dans le dernier paragraphe, ne pensez pas au brouillard ou à d'autres choses semblables qui ressemblent à des gaz et dites que ceux-ci reflètent! Il y a d'autres phénomènes qui y jouent et d'ailleurs le brouillard n'est pas du gaz! La réflexion n'a lieu à partir des gaz que lorsqu'elle est impure et est plutôt de nature colloïdale, car c'est dans la fumée que les particules polluantes lui donnent un aspect noir / gris / blanc!

Il y a une composante biologique à la réponse.En effet, l'environnement sélectionne les attributs qui augmentent les chances qu'une espèce réussisse à transmettre ses gènes aux générations futures.Sur cette base, si un sens tel que la vision se développe chez une espèce, il évoluera d'une manière qui maximise l'utilité de ce sens.Pour l'atmosphère terrestre, les yeux de diverses espèces sont "réglés" sur les longueurs d'onde spécifiques de la lumière qui ne sont pas absorbées par l'atmosphère, car ces longueurs d'onde donnent à ces espèces le plus d'informations sur leur environnement, et par conséquent, augmentent leurs chances de se reproduire.