染料化学品解读

770~640 640~580 580~495 495~440 440~400
3.9×1014~4.7×1014 4.7×1014~5.2×1014 5.2×1014~6.1×1014 6.1×1014~6.7×1014 6.7×1014~7.5×1014
二、 光和色的关系
•当物质受到光线照射时,一部分光线在物质的 表面直接反射出来,同时有一部分光透射进物质 内部,光的能量部分被吸收。 •将太阳光照射染料溶液，不同颜色的染料 对不同波长的光波发生不同强度的吸收。
• 染料分子的颜色和结构的关 系，实质上就是染料分子对 光的吸收特性和它们的结构 之间的关系。
三、 染料的结构和颜色的关系
1 、染料的发色理论概述 • 染料的颜色和染料分子结构有关。 • 早期的染料发色理论主要有：发色团和 助色团学说、醌构理论、染料发色的价 键理论和分子轨道理论。 • 从早期的学说反映有机化合物的颜色和 分子结构外在关系的某些经验规律，发 展到物质结构内部能级跃迁所需能量的 微观内在规律。
（3） 发色理论的量子化概念
• 根据量子力学，可以准确计算出物质分 子中电子云分布情况，定量地研究分子 结构与发色的关系，认为染料分子的颜 色是基于染料分子吸收光能后，分子内 能发生变化而引起价电子跃迁的结果。 1927年提出了染料发色的价键理论和分 子轨道理论。
• 从原子结构理论可知，原子中的电子在一定的电子轨 道上运动，具有一定的运动状态，这些运动状态各有 其相应的能量，包括电子能量(Ｅe)、振动能量(Ｅv) 和转动能量(Ｅr)。它们的变化都是量子化的、阶梯式 的、不连续的。这种能量的高低叫能级。通常分子总 处在最低能量状态，这种能量状态叫基态。分子吸收 一定波长的光后，激发至较高的能态，叫激发态。激 发态与基态的能级差为ΔE，与吸收光的波长之间的 关系为：
• 光谱色和补色之间的关系可 用颜色环的形式来描述，如 图所示。每块扇形与其对顶 扇形的光波为互补色。例如 435~480 nm波段的光波呈蓝 色，它的补色是580~595 nm 波段的黄色。由此可见，染 料的颜色是它们所吸收的光 波颜色（光谱色）的补色， 是它们对光的吸收特性在人 眼视觉上产生的反映。
在光化学反应中，光是以光量子为单位被 吸收的。一个光量子的能量表示为：
E h h
C

式中，h为普朗克（Planck）常数（6.62×10-34 J· s）。 由上式可以计算出各种不同频率光波的能量。
可见光不同光谱区域的波长和频率
光 谱
区
域
波
长/ nm
频
率/ s-1
红 橙、黄 绿 青、蓝 紫
（1） 发色团学说
• 德国人维特（O.N.Witt）的发色团和助色团学说认为： 有机化合物的颜色是双键引起的，这些双键基团称作 发色团，含发色团的分子称发色体。发色团 如： CH CH 、 、 N O 、 N O、 N N
O
O
和 CH N 等。 • 增加共轭双键则颜色加深，羰基增加颜色也加深；当 引入另外一些基团时，也使发色体颜色加深，这些基 团称为助色团，如氨基、羟基和它们的取代基、卤代 O OH O O NH 基等。例如：
• 颜料是不溶于水和一般有机溶剂的有色物质， 有有机的，也有无机的。 • 颜料主要用于油漆、油墨、橡胶、塑料以及合 成纤维原液的着色。
有机染料和颜料都应该满足如下要求：
能使基质着色；
色泽鲜艳； 牢度优良； 使用方便； 具有无毒性。
光和颜色的关系
一、 光的性质
• 光是一种电磁波。在一定波长（400~760 nm） 和频率范围内，它能引起人们的视觉，这部 分光称为可见光。当一束白光穿过狭缝，射 到一个玻璃棱镜上，光发生折射，色散成按 红、橙、黄、绿、青、蓝、紫顺序排列的光 谱带。太阳光线中，除了可见光外，还包括 人的眼睛看不见的、波长不同的一系列光线， 靠近红色光线的部分称为红外线，靠近紫色 光线的部分称为紫外线。
• 光具有波粒二相性。光的微粒性是指光有量 子化的能量，这种能量是不连续的。不同频 率或波长的光有其最小的能量微粒，这种微 粒称为光量子，或称光子。光的波动性是指 光线有干涉、散射、衍射和偏振等现象，具 有波长和频率。 •光的波长λ和频率ν之间有如下关系式：

C

式中：ν为频率；λ为波长；C为光在真空中的传播速 度（2.998×108 m/s）。
E h h
C
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当吸收光的能量与ΔE相等时，有机分子才会显示出颜色。ΔE 越大，所需吸收光的波长越短；反之，ΔE越小，所需吸收光的 波长越长。作为染料，它们的主要吸收波长应在400~760 nm波 段的可见光范围内。
• 近年来，以分子轨道理论为基础，计算 分子基态和激发态的能级高度以及分子 的电荷分布，成为分子设计的理论基础。 把颜色的理论从实践经验逐步从宏观表 象向微观本质深化，使创造新型染料、 掌握染料分子结构与颜色关系进入新阶 段。
2
O
O
O
OH
浅黄色
红色
红色
• 发色团学说对于许多染料如：偶氮、蒽 醌、硝基和亚硝基染料的发色性质、结 构和颜色的关系都能较好的加以解释， 至今仍被沿用着。
（2） 醌构理论
• 醌构理论是英国人阿姆斯特朗（Armstrong） 于1888年提出的，认为分子中由于醌构的 存在而产生颜色。如对苯醌是有色的，在 解释芳甲烷染料和醌亚胺染料的颜色时， 得到应用。
第七章 染料化学品
第一节概述
• 概念：能以分子状态或分散状态使纤维或其 他物质获得鲜明和牢固色泽的有色物质。
三个方面的应用： 染色-染料由外部进入到被染物的内部，而使被染物获得颜 色，如各种纤维、织物、皮革等的染色； 着色-在物体形成最后固体形态之前，将染料分散于组成物 之中，成型后就得到有颜色的物体，如塑料、橡胶及合成 纤维原浆着色； 涂色-借助于涂料的作用，使染料附着于物体表面，从而使 物体表面呈色，如用涂料、印花油漆涂色等。
•黄色染料溶液所吸收的主要是蓝色 光波，透过的光呈黄色。
•紫红色染料溶液所吸收的主要是绿色光波。 •青（蓝－绿）色染料溶液主要吸 收的是红色光波。 • 黄色和蓝色、紫红色和绿色、青（蓝－绿）色 和红色等各互为补色。 •如果把上述各染料吸收的光波和透过的光 分别叠加在一起，便又得到白光。
•这种将两束光线相加可成白光的颜色关系 称为补色关系。