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)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。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。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(3.10eV~1.71eV)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。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。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]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�离子的颜色最外电子层为2s2,ns2np6,ns2np6nd10,ns2np6nd10(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�3�2005年第9期���������������化�学�教�育能够发生焰色反应(锂呈红色,钠呈黄色,钾、铷和铯呈紫色,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。若无极化作用或极化作用较弱,则所构成的复杂离子无色,如SO2-3,BO-2,B4O2-7,NO-2,NO-3,SiO2-3,AsO3-3,CN-,PO3-4,SO2-4,AsO3-...
