化合物颜色成因简介
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稀有气体通电时可发出美丽的色光 (氦为粉红 色 ,氖为红色 ,氩 、氪和氙为紫蓝色) ,这属于气体激 发引起的光辐射 。 2. 3 d - d 跃迁与化合物的颜色
过渡金属离子保留的价电子通常是 d 电子 (和/ 或 f 电子) ,d 电子在五重简并 d 轨道上的相互作用 , 使给定组态的离子有不同的能级分布 ,配位后 ,在配 位场的作用下 ,自由离子谱项发生分裂 ,生成晶体场 光谱项 。若考虑旋轨偶合 ,则上述光谱项又将分裂 成多个光谱支项 。d 电子在这些光谱项或光谱支项 间的跃迁就产生了中心离子谱带 。
d - d 跃迁本来是宇称禁阻的 ,但由于 p - d 电 子状态的混合 、适当对称性振动模式的偶合 、J ahn Teller 效应造成的分子畸变以及分子本身不存在对 称中心等因素 ,都可以削弱或解除宇称选律的效用 , 因而 d - d 光谱是经常可以观察到的 。d - d 电子跃 迁 使 得 配 合 物 呈 现 出 被 吸 收 光 的 补 色 。例 如 [ Ti ( H2 O) 6 ]3 + 呈紫色就是由于 Ti3 + 的 3d1 电子吸收 了可见光中波长为 492. 7 nm (20300 cm - 1 ,蓝绿色) 的光后 ,发生2 Eg ω2 T2g 跃迁 ,从而呈现出蓝绿色光的 补色 。
物 ,随中心离子氧化态升高 ,分裂能Δ0 增大 ,颜色加
深 ,例如[ Fe ( H2 O) 4 ]2 + 的分裂能为 10400 cm - 1 ,而 [ Fe ( H2 O) 6 ]3 + 的分裂能为 13700 cm - 1 。血红蛋白 中的卟啉环与二价铁离子鳌合并有氧作为配位体 ,
因此生肉呈现鲜红色 ;在酶作用去氧后 ,肉呈红紫
Cl 2 黄绿 0. 994 1. 98 239. 7
Br2
I2
红棕 紫
1. 14 1. 33
2. 28 2. 66
190. 16 148. 95
O2 无 0. 64 1. 30 493. 6
S2 草黄 0. 944 1. 88 424. 7
Se2 黄 1. 076 2. 15 272
Te2 金黄 1. 795
关键词 颜色 化合物 电子跃迁 电荷转移
自然界中大量的无机化合物和有机化合物常常 呈现出色彩各异的颜色 ,化学家常利用颜色的变化 来判断或鉴别某些化学反应的发生或鉴别试料中是 否含有某些离子等 。种类繁多的染料和颜料不仅仅 是分析化学家和法庭科学家绝妙的化学珍品 ,而且 也是医生的诊断药物 ,生物化学家则利用它进行组 织学研究 。液晶显示系统 、高能辐射感受器以及染 料激光器等 ,是合成着色剂在不同领域中应用的近 代实例 。利用光致变色材料研制成功的存储光盘和 利用纳米发光材料制备的颜色可调的发光半导体则 是现代新技术在实际应用领域中的具体体现 。
呈紫色 ,钙呈橙红 ,锶呈洋红 ,钡呈绿色) 。 由无色简单离子构成的复杂离子是否有色 ,则
需考虑简单离子之间有无极化作用而定 。若无极化
成蓝色的 VO2 + ;绿色的 V3 + 与无色 SO24 - 结合生成 绿色的 [ V ( SO4 ) 2 ] - 等 ; 如果简单离子之间发生了 极化作用的增强或减弱 ,即有荷移跃迁产生 ,则复杂
© 1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
·4 ·
化 学 教 育 2005 年第 9 期
能够发生焰色反应 (锂呈红色 ,钠呈黄色 ,钾 、铷和铯 该带色离子的颜色 ,如蓝色 V4 + 与无色 O2 - 结合生
颜色 黄色 棕色 无色 无色 无色 无色
2. 4 f - f 跃迁与物质的颜色
镧系离子和铀离子等在配位场影响下发生的 f
轨道能级之间的电子跃迁称为 f - f 跃迁 ,含有非 f0 、
同颜色 。一般配位体对中心离子的影响依下列次序 f7 和 f14 组态的离子一般有颜色 ,这是由于具有这种
© 1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
电子对可见光的选择吸收是分子化学中化合物 呈色的重要起源 ,不同物质具有不同的分子结构及 电子能级 ,因而发生电子跃迁的类型也就有很大的 差异 。
1 化合物呈色的本质[1～4 ]
化合物对可见光能够进行选择性吸收这一性质 是由其微观结构决定的 ,即由组成化合物的分子或 离子的电子层结构决定的 ,特别是外层电子及其构 型 。从原子 、分子结构的观点看 ,只要物质原子 、分 子或离子中 ,激发态与基态间的能级差位于可见光 能量 (3. 10 eV～1. 71 eV) 的范围内 ,那么当光线照 射到化合物时 ,分子或离子中的外层电子就有可能 吸收与其能级差相当的可见光能量 ,发生从基态到 激发态的跃迁 ,这种情况下化合物就显现出一定的 颜色来 。基态与激发态之间的能级差愈小 ,发生电 子跃迁时吸收光波的波长愈长 ,观察到的颜色就越 趋向紫色 ,即所呈现的颜色愈深 ,反之 ,颜色愈浅 。
2005 年第 9 期 化 学 教 育
·5 ·
电子组态的离子其基态与激发态间的能量差较小 , 电子易吸收可见光中某波段的光而发生跃迁 ,从而 显色 。由于 f n 和 f14 - n ( n = 1 ～ 13) 组态的电子数一 样 ,致使这两种组态的离子所显示颜色接近 。具有 f0 、f7 和 f14 电子组态或接近这些电子组态结构的离 子 ,由于比较稳定 ,不易被可见光激发 ,所以这类电 子组态的离子是无 色的 , 如 L a3 + 、Ac3 + (f0 ) 、Gd3 + (f7 ) 和 L u3 + (f14 ) 的离子均无色 。镧系离子 f - f 跃 迁产生窄而弱的谱线 ,因此颜色较浅 。如果产生宽 而强的吸收带 ,一定是由 4f n - 4f n - 1 5d1 跃迁产生的 , 许多铀矿物质显示为浅黄色 、绿色和橙色等 ,则与 UO22 + 的荷移跃迁有关 ,有色离子形成的化合物都有 颜色 。 2. 5 π→π3 跃迁或 n →π3 跃迁与物质的颜色[ 8]
对于阳光照射的化合物 ,如果一种化合物能够 吸收全部波长的光 ,则它呈现黑色 ;如果化合物完全 不吸收而是全部反射 ,则它呈现白色 。如果一种化 合物能够将组成日光中的各种波长的光同等程度的
吸收一部分 ,则它将呈现灰色 。如果日光投射到透 明的化合物上 ,物质完全不吸收而全部透过 (或者等 同吸收极少的一部分) ,则该化合物呈现无色 。如果 化合物选择吸收可见光中某一波段的光 ,透过/ 或反 射其余各波段的光 ,则此化合物将呈现所吸收光的 补色 。对于纯晶体而言 ,只有无色或有色 ,不存在白 色 ;对于沉淀 ,不存在的颜色是无色 。
双原子气态单质分子的颜色随成键电子所处激
成复杂离子的一种简单离子有色 ,则复杂离子呈现 发态与基态能级差的减小而变深 ,见表 1 。
表 1 气体分子的颜色
分子 颜色 共价半径 ( ! ) 键长 ( ! ) 键能 ( kJ ·mol - 1)
H2 无 0. 28 0. 74 423
F2 淡黄 0. 71 1. 41 154. 8
化合物的分子结构是影响物质发色的内因 ,因 为分子结构决定了物质对光线的吸收特性 ,分子结 构的变化会直接影响物质对光线的吸收 、反射或透 射 ,物质所呈现的颜色便随之发生变化 。化合物的 状态及环境条件是影响物质颜色的外因 ,特定条件 下 ,外因也可能直接决定物质的呈色 。
2 化合物呈色原因简介[5～7 ]
d - d 电子跃迁与配位体场的分裂能 (Δ0 ) 大小 有关 ,一般产生较大分裂能的配位体形成的配合物 颜色较深 ,其变化规律为 :
同一金属离子与不同配体形成的配合物具有不
SCN - < NO3- < F - < O H - < H2 O < C2 O24 - < N H3 < RN H2 < NO2- < CN - ,即配体场越强 ,分裂能 Δ0 越 大 ,d - d 电子跃迁的吸收谱带越向短波方向移动 ,
配离子 [ Co ( N H3) 6 ] 3 +
[ Co (en) 3 ] 3 + [ Rh (N H3) 6 ]3 +
[ Rh (en) 3 ]3 + [ Ir ( N H3) 6 ] 3 +
[ Ir (en) 3 ] 3 +
分裂能 (Δ0) / cm - 1 23000 23300 33900 34400 40000 41200
作用或极化作用较弱 ,则所构成的复杂离子无色 ,如 离子的颜色相应的发生加深或变浅 ,具体讨论见后 。
SO23 - , BO2- , B4 O27 - , NO2- , NO3- , SiO23 - , A sO33 - ,
2. 2 气体分子的颜色
CN - , PO34 - ,SO24 - ,A sO34 - , SnO23 - , CO23 - 等 ;如果构
最外电子层为 2s2 , ns2 np6 , ns2 np6 nd10 , ns2 np6 nd10 ( n + 1) s2 等类型的简单离子及最外电子层为半 充满 ( d5 和 f7 ) 结构的离子 ,离子本身无色 ,如 Zn2 + 、 Mn2 + 、Gd3 + 等 。但简单离子处于高温火焰条件下
致使配合物或配离子的颜色加深 ,如 CuCl24 - (绿) 、
[ Cu ( H2 O) 4 ]2 + (蓝) 、[ Cu ( N H3 ) 4 ]2 + (深蓝) 等 。只 有在中心金属离子及其价态 、配位原子 、配位数相同
及空间构型相似的情况下 ,其 d - d 跃迁能才相当 。
同种配 体 的 同 一 中 心 金 属 离 子 所 形 成 的 配 合
色 。生肉经加热煮熟后 ,二价铁氧化成三价铁 ,颜色
也由鲜红变为褐色 。
同一配体与相同价态 (氧化态) 的同族过渡元素
所形成配离子的分裂能随周期数增大而增大 ,所以
ຫໍສະໝຸດ Baidu
从上到下金属配离子的颜色加深 。但当分裂能太大
时 ,最大吸收峰将位于紫外光区 ,配离子无色 (见表
2) 。
表 2 部分配离子的分裂能 (Δ0) 与颜色[10 ]
2005 年第 9 期 化 学 教 育
知识介绍
化合物颜色成因简介
涂华民
(河北师范大学化学学院 石家庄 050091)
·3 ·
摘要 从过渡金属离子 d - d 电子跃迁和电荷转移及其影响因素出发 ,讨论了化合物呈色的本 质 ,对影响化合物呈色的主要因素进行了论述 ,重点阐明了化合物颜色与其分子结构的关系 ,并列 举了部分常见化合物的颜色及变化规律 。通过分析 ,说明了化合物的颜色与其结构 、环境因素和人 的视觉等有着密切的关系 。
218
气态分子价电子总数为奇数的 ,一般情况下是 递增 ,其变 色 效 应 也 依 次 递 增 : I- < Br - < Cl - ～
有颜色的 ( NO 和 Cl2 O 除外) 。由于奇电子分子较 为活泼 ,易聚合 ,而聚合后不再有单电子存在 ,所以 分子也就变为无色的 。如棕色的 NO2 聚合形成无色 的 N2 O4 。
无机化合物和有机化合物之所以能呈现出各种 各样绚丽多彩的颜色 ,最根本的原因是分子结构中 的电子能够对可见光发生选择性吸收 ,且化合物能 够反射和透射某些波长的光 。形成化合物时的反应 条件 (如加料顺序与方式 、反应温度 、反应物类别 、溶 剂种类等) 、所形成化合物的颗粒大小 、表观状态 、聚 集状态等因素 ,直接关系到化合物与光作用时发生 的一些光学现象 ,如散射 、干涉 、衍射等 ,而化合物的 化学组成 、晶型 、配位数 、各种异构现象 、介质和溶剂 极性等因素 ,同样可影响化合物的最终颜色 。在“颜 色的化学与物理学本质”一文中 ,对 15 种产生颜色 的原因已作了简单介绍 ,本文将重点介绍分子轨道 间电子跃迁所引起化合物的种种颜色及变化规律 。 2. 1 离子的颜色
对于有机化合物来讲 ,共轭体系中的π →π3 跃 迁和含有杂原子的不饱和有机物的 p →π 共轭体系 中的 n →π3 或 n →σ3 跃迁是重要的电子跃迁 。由于 存在着 n →π3 或 n →σ3 吸收带 ,简单分子也可以产 生很深的颜色 ,如 C H3 NO 的蓝色 。含有亚氨基 、亚 硝基 、羰基 、偶氮基 、硫代亚硝基 、硫代羰基等有机化 合物都具有 n →π3 跃迁 ,一般都显一定的颜色 。具 有发色团的芳香族类化合物一般具有颜色 。对于多 数有机染料 、各种色素分子 、给电子 - 受电子发色 体 ,基于非环多烯及环多烯体系的发色体 ,箐型发色 体等 ,都与共轭体系中的 n →π3 跃迁有关 ,且共轭体 系越长 ,导致物质颜色越深[9] 。例如己烯是无色的 , 而癸五烯呈淡黄色 。对于C6 H5 - ( C H = C H) n - C6 H5 系列化合物 , n = 1 为无色化合物 , n = 3 呈淡黄 , n = 5 为橙黄 , n = 11 时显紫黑等 。直链共轭烯烃分子的π 电子数达到 14 以上时 ,其化合物才呈显颜色 。当 2 个芳烃分子的π 电子数相同时 ,极性较大分子的颜 色较深 ,如萘 (无色) 和薁 (蓝色) 。煤的颜色与煤中 大分子的稠环芳香结构有关 ,当芳环个数大到一定 程度时 ,吸收波长可大于 700 nm ,这时可见光将被 完全吸收而呈现黑色 。
过渡金属离子保留的价电子通常是 d 电子 (和/ 或 f 电子) ,d 电子在五重简并 d 轨道上的相互作用 , 使给定组态的离子有不同的能级分布 ,配位后 ,在配 位场的作用下 ,自由离子谱项发生分裂 ,生成晶体场 光谱项 。若考虑旋轨偶合 ,则上述光谱项又将分裂 成多个光谱支项 。d 电子在这些光谱项或光谱支项 间的跃迁就产生了中心离子谱带 。
d - d 跃迁本来是宇称禁阻的 ,但由于 p - d 电 子状态的混合 、适当对称性振动模式的偶合 、J ahn Teller 效应造成的分子畸变以及分子本身不存在对 称中心等因素 ,都可以削弱或解除宇称选律的效用 , 因而 d - d 光谱是经常可以观察到的 。d - d 电子跃 迁 使 得 配 合 物 呈 现 出 被 吸 收 光 的 补 色 。例 如 [ Ti ( H2 O) 6 ]3 + 呈紫色就是由于 Ti3 + 的 3d1 电子吸收 了可见光中波长为 492. 7 nm (20300 cm - 1 ,蓝绿色) 的光后 ,发生2 Eg ω2 T2g 跃迁 ,从而呈现出蓝绿色光的 补色 。
物 ,随中心离子氧化态升高 ,分裂能Δ0 增大 ,颜色加
深 ,例如[ Fe ( H2 O) 4 ]2 + 的分裂能为 10400 cm - 1 ,而 [ Fe ( H2 O) 6 ]3 + 的分裂能为 13700 cm - 1 。血红蛋白 中的卟啉环与二价铁离子鳌合并有氧作为配位体 ,
因此生肉呈现鲜红色 ;在酶作用去氧后 ,肉呈红紫
Cl 2 黄绿 0. 994 1. 98 239. 7
Br2
I2
红棕 紫
1. 14 1. 33
2. 28 2. 66
190. 16 148. 95
O2 无 0. 64 1. 30 493. 6
S2 草黄 0. 944 1. 88 424. 7
Se2 黄 1. 076 2. 15 272
Te2 金黄 1. 795
关键词 颜色 化合物 电子跃迁 电荷转移
自然界中大量的无机化合物和有机化合物常常 呈现出色彩各异的颜色 ,化学家常利用颜色的变化 来判断或鉴别某些化学反应的发生或鉴别试料中是 否含有某些离子等 。种类繁多的染料和颜料不仅仅 是分析化学家和法庭科学家绝妙的化学珍品 ,而且 也是医生的诊断药物 ,生物化学家则利用它进行组 织学研究 。液晶显示系统 、高能辐射感受器以及染 料激光器等 ,是合成着色剂在不同领域中应用的近 代实例 。利用光致变色材料研制成功的存储光盘和 利用纳米发光材料制备的颜色可调的发光半导体则 是现代新技术在实际应用领域中的具体体现 。
呈紫色 ,钙呈橙红 ,锶呈洋红 ,钡呈绿色) 。 由无色简单离子构成的复杂离子是否有色 ,则
需考虑简单离子之间有无极化作用而定 。若无极化
成蓝色的 VO2 + ;绿色的 V3 + 与无色 SO24 - 结合生成 绿色的 [ V ( SO4 ) 2 ] - 等 ; 如果简单离子之间发生了 极化作用的增强或减弱 ,即有荷移跃迁产生 ,则复杂
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能够发生焰色反应 (锂呈红色 ,钠呈黄色 ,钾 、铷和铯 该带色离子的颜色 ,如蓝色 V4 + 与无色 O2 - 结合生
颜色 黄色 棕色 无色 无色 无色 无色
2. 4 f - f 跃迁与物质的颜色
镧系离子和铀离子等在配位场影响下发生的 f
轨道能级之间的电子跃迁称为 f - f 跃迁 ,含有非 f0 、
同颜色 。一般配位体对中心离子的影响依下列次序 f7 和 f14 组态的离子一般有颜色 ,这是由于具有这种
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电子对可见光的选择吸收是分子化学中化合物 呈色的重要起源 ,不同物质具有不同的分子结构及 电子能级 ,因而发生电子跃迁的类型也就有很大的 差异 。
1 化合物呈色的本质[1～4 ]
化合物对可见光能够进行选择性吸收这一性质 是由其微观结构决定的 ,即由组成化合物的分子或 离子的电子层结构决定的 ,特别是外层电子及其构 型 。从原子 、分子结构的观点看 ,只要物质原子 、分 子或离子中 ,激发态与基态间的能级差位于可见光 能量 (3. 10 eV～1. 71 eV) 的范围内 ,那么当光线照 射到化合物时 ,分子或离子中的外层电子就有可能 吸收与其能级差相当的可见光能量 ,发生从基态到 激发态的跃迁 ,这种情况下化合物就显现出一定的 颜色来 。基态与激发态之间的能级差愈小 ,发生电 子跃迁时吸收光波的波长愈长 ,观察到的颜色就越 趋向紫色 ,即所呈现的颜色愈深 ,反之 ,颜色愈浅 。
2005 年第 9 期 化 学 教 育
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电子组态的离子其基态与激发态间的能量差较小 , 电子易吸收可见光中某波段的光而发生跃迁 ,从而 显色 。由于 f n 和 f14 - n ( n = 1 ～ 13) 组态的电子数一 样 ,致使这两种组态的离子所显示颜色接近 。具有 f0 、f7 和 f14 电子组态或接近这些电子组态结构的离 子 ,由于比较稳定 ,不易被可见光激发 ,所以这类电 子组态的离子是无 色的 , 如 L a3 + 、Ac3 + (f0 ) 、Gd3 + (f7 ) 和 L u3 + (f14 ) 的离子均无色 。镧系离子 f - f 跃 迁产生窄而弱的谱线 ,因此颜色较浅 。如果产生宽 而强的吸收带 ,一定是由 4f n - 4f n - 1 5d1 跃迁产生的 , 许多铀矿物质显示为浅黄色 、绿色和橙色等 ,则与 UO22 + 的荷移跃迁有关 ,有色离子形成的化合物都有 颜色 。 2. 5 π→π3 跃迁或 n →π3 跃迁与物质的颜色[ 8]
对于阳光照射的化合物 ,如果一种化合物能够 吸收全部波长的光 ,则它呈现黑色 ;如果化合物完全 不吸收而是全部反射 ,则它呈现白色 。如果一种化 合物能够将组成日光中的各种波长的光同等程度的
吸收一部分 ,则它将呈现灰色 。如果日光投射到透 明的化合物上 ,物质完全不吸收而全部透过 (或者等 同吸收极少的一部分) ,则该化合物呈现无色 。如果 化合物选择吸收可见光中某一波段的光 ,透过/ 或反 射其余各波段的光 ,则此化合物将呈现所吸收光的 补色 。对于纯晶体而言 ,只有无色或有色 ,不存在白 色 ;对于沉淀 ,不存在的颜色是无色 。
双原子气态单质分子的颜色随成键电子所处激
成复杂离子的一种简单离子有色 ,则复杂离子呈现 发态与基态能级差的减小而变深 ,见表 1 。
表 1 气体分子的颜色
分子 颜色 共价半径 ( ! ) 键长 ( ! ) 键能 ( kJ ·mol - 1)
H2 无 0. 28 0. 74 423
F2 淡黄 0. 71 1. 41 154. 8
化合物的分子结构是影响物质发色的内因 ,因 为分子结构决定了物质对光线的吸收特性 ,分子结 构的变化会直接影响物质对光线的吸收 、反射或透 射 ,物质所呈现的颜色便随之发生变化 。化合物的 状态及环境条件是影响物质颜色的外因 ,特定条件 下 ,外因也可能直接决定物质的呈色 。
2 化合物呈色原因简介[5～7 ]
d - d 电子跃迁与配位体场的分裂能 (Δ0 ) 大小 有关 ,一般产生较大分裂能的配位体形成的配合物 颜色较深 ,其变化规律为 :
同一金属离子与不同配体形成的配合物具有不
SCN - < NO3- < F - < O H - < H2 O < C2 O24 - < N H3 < RN H2 < NO2- < CN - ,即配体场越强 ,分裂能 Δ0 越 大 ,d - d 电子跃迁的吸收谱带越向短波方向移动 ,
配离子 [ Co ( N H3) 6 ] 3 +
[ Co (en) 3 ] 3 + [ Rh (N H3) 6 ]3 +
[ Rh (en) 3 ]3 + [ Ir ( N H3) 6 ] 3 +
[ Ir (en) 3 ] 3 +
分裂能 (Δ0) / cm - 1 23000 23300 33900 34400 40000 41200
作用或极化作用较弱 ,则所构成的复杂离子无色 ,如 离子的颜色相应的发生加深或变浅 ,具体讨论见后 。
SO23 - , BO2- , B4 O27 - , NO2- , NO3- , SiO23 - , A sO33 - ,
2. 2 气体分子的颜色
CN - , PO34 - ,SO24 - ,A sO34 - , SnO23 - , CO23 - 等 ;如果构
最外电子层为 2s2 , ns2 np6 , ns2 np6 nd10 , ns2 np6 nd10 ( n + 1) s2 等类型的简单离子及最外电子层为半 充满 ( d5 和 f7 ) 结构的离子 ,离子本身无色 ,如 Zn2 + 、 Mn2 + 、Gd3 + 等 。但简单离子处于高温火焰条件下
致使配合物或配离子的颜色加深 ,如 CuCl24 - (绿) 、
[ Cu ( H2 O) 4 ]2 + (蓝) 、[ Cu ( N H3 ) 4 ]2 + (深蓝) 等 。只 有在中心金属离子及其价态 、配位原子 、配位数相同
及空间构型相似的情况下 ,其 d - d 跃迁能才相当 。
同种配 体 的 同 一 中 心 金 属 离 子 所 形 成 的 配 合
色 。生肉经加热煮熟后 ,二价铁氧化成三价铁 ,颜色
也由鲜红变为褐色 。
同一配体与相同价态 (氧化态) 的同族过渡元素
所形成配离子的分裂能随周期数增大而增大 ,所以
ຫໍສະໝຸດ Baidu
从上到下金属配离子的颜色加深 。但当分裂能太大
时 ,最大吸收峰将位于紫外光区 ,配离子无色 (见表
2) 。
表 2 部分配离子的分裂能 (Δ0) 与颜色[10 ]
2005 年第 9 期 化 学 教 育
知识介绍
化合物颜色成因简介
涂华民
(河北师范大学化学学院 石家庄 050091)
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摘要 从过渡金属离子 d - d 电子跃迁和电荷转移及其影响因素出发 ,讨论了化合物呈色的本 质 ,对影响化合物呈色的主要因素进行了论述 ,重点阐明了化合物颜色与其分子结构的关系 ,并列 举了部分常见化合物的颜色及变化规律 。通过分析 ,说明了化合物的颜色与其结构 、环境因素和人 的视觉等有着密切的关系 。
218
气态分子价电子总数为奇数的 ,一般情况下是 递增 ,其变 色 效 应 也 依 次 递 增 : I- < Br - < Cl - ～
有颜色的 ( NO 和 Cl2 O 除外) 。由于奇电子分子较 为活泼 ,易聚合 ,而聚合后不再有单电子存在 ,所以 分子也就变为无色的 。如棕色的 NO2 聚合形成无色 的 N2 O4 。
无机化合物和有机化合物之所以能呈现出各种 各样绚丽多彩的颜色 ,最根本的原因是分子结构中 的电子能够对可见光发生选择性吸收 ,且化合物能 够反射和透射某些波长的光 。形成化合物时的反应 条件 (如加料顺序与方式 、反应温度 、反应物类别 、溶 剂种类等) 、所形成化合物的颗粒大小 、表观状态 、聚 集状态等因素 ,直接关系到化合物与光作用时发生 的一些光学现象 ,如散射 、干涉 、衍射等 ,而化合物的 化学组成 、晶型 、配位数 、各种异构现象 、介质和溶剂 极性等因素 ,同样可影响化合物的最终颜色 。在“颜 色的化学与物理学本质”一文中 ,对 15 种产生颜色 的原因已作了简单介绍 ,本文将重点介绍分子轨道 间电子跃迁所引起化合物的种种颜色及变化规律 。 2. 1 离子的颜色
对于有机化合物来讲 ,共轭体系中的π →π3 跃 迁和含有杂原子的不饱和有机物的 p →π 共轭体系 中的 n →π3 或 n →σ3 跃迁是重要的电子跃迁 。由于 存在着 n →π3 或 n →σ3 吸收带 ,简单分子也可以产 生很深的颜色 ,如 C H3 NO 的蓝色 。含有亚氨基 、亚 硝基 、羰基 、偶氮基 、硫代亚硝基 、硫代羰基等有机化 合物都具有 n →π3 跃迁 ,一般都显一定的颜色 。具 有发色团的芳香族类化合物一般具有颜色 。对于多 数有机染料 、各种色素分子 、给电子 - 受电子发色 体 ,基于非环多烯及环多烯体系的发色体 ,箐型发色 体等 ,都与共轭体系中的 n →π3 跃迁有关 ,且共轭体 系越长 ,导致物质颜色越深[9] 。例如己烯是无色的 , 而癸五烯呈淡黄色 。对于C6 H5 - ( C H = C H) n - C6 H5 系列化合物 , n = 1 为无色化合物 , n = 3 呈淡黄 , n = 5 为橙黄 , n = 11 时显紫黑等 。直链共轭烯烃分子的π 电子数达到 14 以上时 ,其化合物才呈显颜色 。当 2 个芳烃分子的π 电子数相同时 ,极性较大分子的颜 色较深 ,如萘 (无色) 和薁 (蓝色) 。煤的颜色与煤中 大分子的稠环芳香结构有关 ,当芳环个数大到一定 程度时 ,吸收波长可大于 700 nm ,这时可见光将被 完全吸收而呈现黑色 。