¿Cómo absorben la luz los materiales?

Cuando un fotón interactúa con un átomo, pueden suceder tres cosas:

1. dispersión elástica, el fotón mantiene su nivel de energía y cambia de ángulo

2. dispersión inelástica, el fotón conserva parte de su energía y cambia de ángulo

3. absorción, el fotón cede toda su energía al átomo absorbente, y el fotón deja de existir

Un espejo es 1., dispersión elástica, reflexión.

Ahora estás describiendo en ambos casos 3., absorción. La diferencia entre los dos casos es que en el primer caso describe la absorción, donde el fotón cede toda su energía al átomo/electrón que lo absorbe y deja de existir. Luego, el electrón se relaja en un solo paso y emite un fotón con la misma energía que el fotón absorbido.

En el segundo caso, el fotón es absorbido (luz ultravioleta), el fotón deja de existir, cede toda su energía al átomo/electrón que lo absorbe, y luego el electrón se relaja en uno o varios pasos, tal vez con un retraso, pero la energía emitida fotón tiene diferente energía que el fotón absorbido originalmente (luz IR).

Hay diferentes formas en que un electrón (átomo) puede relajarse, como en un solo paso. Aún así, el fotón emitido podría tener un nivel de energía diferente al que se absorbió originalmente. Especialmente cuando la relajación ocurre en múltiples pasos, todos los fotones emitidos tienen energías diferentes a las del fotón original.

Todos estos son ejemplos de luminiscencia, que es la emisión espontánea de luz por una sustancia que no resulta del calor.

La fotoluminiscencia es la emisión de luz después de la absorción de fotones. Se inicia por fotoexcitación (como en tu caso).

Ahora bien, es muy importante comprender que no solo puede variar el número de pasos de relajación, sino también el retraso entre la absorción y la emisión.

Puede llegar hasta milisegundos en el caso de la fosforescencia.

La fosforescencia es un tipo de fotoluminiscencia relacionada con la fluorescencia. A diferencia de la fluorescencia, un material fosforescente no vuelve a emitir inmediatamente la radiación que absorbe. Las escalas de tiempo más lentas de la reemisión están asociadas con transiciones de estado de energía "prohibidas" en la mecánica cuántica. Como estas transiciones ocurren muy lentamente en ciertos materiales, la radiación absorbida se vuelve a emitir a una intensidad más baja hasta varias horas después de la excitación original.

https://en.wikipedia.org/wiki/Fosforescencia

En el caso de la fosforescencia, el electrón experimenta un cruce entre sistemas, generalmente un estado de triplete. Esto lleva tiempo y el electrón se relajará en un período de tiempo más largo.

Tengo curiosidad por saber qué sucede cuando el material absorbe completamente la luz y qué determina si se absorbe o simplemente se dispersa como se describe en mi primer párrafo.

Depende de su definición de material. Para los sólidos, los efectos de la mecánica cuántica, es decir, los niveles de energía que pueden absorber el fotón, no se dan solo en los átomos. Los sólidos también están formados por moléculas y por redes. Estos agrupamientos tienen energías de enlace y la correspondiente posibilidad de absorber un fotón y emitir otro diferente, distribuyendo la energía a niveles en las moléculas y la red.

Entonces, pueden pasar muchas cosas cuando un fotón golpea un material sólido, comenzando con la descripción en la respuesta de Árpád Szendrei, de interacciones atómicas, para interactuar con la red total. Consulte la teoría de bandas de sólidos para comprender la complejidad. La energía del fotón contribuirá a elevar la temperatura del material y así ir hacia su radiación de cuerpo negro.

Si el material es líquido, de nuevo hay estados mecánicos cuánticos ligados en los que el fotón puede ser absorbido y la energía degradada con subsiguientes desexcitaciones. Es más dependiente del tiempo y del espacio que en los sólidos.

Los gases son los más cercanos a las reacciones atómicas, ya que su complejidad es solo molecular al agregar niveles de energía adicionales para las transiciones.