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1、教四225?2012.03材料化學(xué)第一章光學(xué)材料1.2發(fā)色的化學(xué)機(jī)理和色料教四225?2012.03材料化學(xué)1.2發(fā)色的化學(xué)機(jī)理和色料一、原子激發(fā)和分子振動(dòng)1.原子中電子激發(fā)躍遷當(dāng)一塊固體物質(zhì)加熱時(shí)，物質(zhì)不僅熱輻射增加，而且輻射中短波成分相對(duì)增加，逐漸地變紅發(fā)光。表2加熱溫度和熱輻射的顏色溫度/℃＜700700170025004500＞10000顏色黑色紅色橙色黃色白色藍(lán)白色教四225?2012.03材料化學(xué)氣態(tài)原子或分子受到激發(fā)，電子由基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)。在激發(fā)態(tài)不穩(wěn)定又返回基態(tài)并發(fā)射出光。當(dāng)燃燒的物質(zhì)中含有鈉原子，受激至高能態(tài)再返回基態(tài)時(shí)發(fā)出波長(zhǎng)為589.6
2、和589.0nm的黃光，火焰呈黃色。原子中電子激發(fā)躍遷表3火焰的顏色元素顏色發(fā)射波長(zhǎng)/nm鋰深紅601，671鈉黃589鉀紫405，767鈣橙紅423，559，616鍶紫紅408，461，606，687鋇黃綠487，514，543，553，578Li一些金屬的焰色KCsRbNa一些金屬的焰色CaBaSrCu教四225?2012.03材料化學(xué)利用原子中電子躍遷發(fā)射出不同顏色的光，在化學(xué)中可通過(guò)焰色識(shí)別化學(xué)成分。若定量地測(cè)定波長(zhǎng)和強(qiáng)度的分布，則發(fā)展成原子發(fā)射光譜分析。利用原子發(fā)射光的顏色，可制造色彩絢麗的焰火，增添節(jié)日的喜慶氣氛。原子中電子激發(fā)躍遷原子發(fā)射光譜分析
3、色彩絢麗的焰火WHYISWATERBLUE?J.Chem.Edu.,1993,70(8),612教四225?2012.03材料化學(xué)分子中原子間的振動(dòng)會(huì)導(dǎo)致顏色的出現(xiàn)。例如水和冰中，分子之間有氫鍵連接。水的吸收光譜是很復(fù)雜的，在紅外區(qū)域有一系列強(qiáng)吸收帶，在接近可見(jiàn)光區(qū)域，很快減弱，但仍有吸收，這種紅色吸收的余色為藍(lán)色。清澈見(jiàn)底的深水顯淡藍(lán)色，純凈的大塊冰的顏色也是淡藍(lán)的。和雙原子分子的振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)有關(guān)的吸收，也會(huì)出現(xiàn)顏色，例如氯氣的綠色和碘蒸氣的紫色。分子的振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)教四225?2012.03材料化學(xué)WHYISWATERBLUE?Thebentwatermolec
4、uleH2Ointhefreestatehasthreefundamentalvibrations: (a)thesymmetricalstretch,(b)thesymmetricalbend, (c)theantisymmetricalbend.教四225?2012.03材料化學(xué)教四225?2012.03材料化學(xué)教四225?2012.03材料化學(xué)阿根廷冰川國(guó)家公園Thebluegreenlightofnaturalgasburningonakitchenburneremittedbyanoxygen-richgasflameasseenonakitchen
5、rangealsoinvolvessuchcombinationvibrational,rotational,andelectronicexcitationsintheunstablemoleculesCHandC2.教四225?2012.03材料化學(xué)色彩絢麗的礦石、寶石、涂料和顏料等，其中許多是由過(guò)渡金屬化合物形成的。在化合物中，過(guò)渡金屬離子處于不同的配位場(chǎng)，由于配位的幾何形式不同、配位場(chǎng)的強(qiáng)弱不同，d軌道或f軌道能級(jí)分裂的狀況以及能級(jí)中電子的排布不一樣，電子在能級(jí)間躍遷所產(chǎn)生的顏色就有差別。同樣一種元素的原子，在不同條件下產(chǎn)生不同的顏色。過(guò)渡金屬原子能級(jí)在
6、配位場(chǎng)中的變化Al2O3Cr2O3紅寶石教四225?2012.03材料化學(xué)例如，Cr2O3呈綠色，當(dāng)把少量Cr2O3摻入剛玉（Al2O3，白色粉末）中，由于Cr2O3和Al2O3結(jié)構(gòu)相似，Cr3+置換Al3+時(shí)，Cr3+周?chē)?個(gè)O原子的配位不變，但因?yàn)锳l3+比Cr3+略小一點(diǎn)，配位場(chǎng)強(qiáng)弱產(chǎn)生變化，呈現(xiàn)了紅色，稱為紅寶石。通常將這種摻Cr3+的剛玉用化學(xué)式Al2O3：Cr3+表示。過(guò)渡金屬原子能級(jí)在配位場(chǎng)中的變化教四225?2012.03材料化學(xué)剛玉剛玉的化學(xué)成分為Al2O3，可含微量的Fe、Ti或Cr等元素，晶體屬三方晶系的氧化物礦物。晶體一般為藍(lán)灰、黃灰、
7、紅和綠色，含少量的鉻呈紅色，含少量的鐵和鈦呈藍(lán)色，紅寶石和藍(lán)寶石是透明的紅色和藍(lán)色寶石級(jí)剛玉的別稱。單晶多呈桶狀雙錐形，或雙錐與底板面的聚形，較少為厚板狀，晶面上常有斜紋或橫紋。集合體呈粒狀或致密塊狀。玻璃光澤，無(wú)解理，裂理發(fā)育，摩氏硬度9，比重3.98。 剛玉常世界著名產(chǎn)地有俄國(guó)的烏拉爾山脈、南非的德蘭士瓦、加拿大的安大略、土耳其的士麥那、希臘的納克索斯。而寶石級(jí)的砂礦剛玉主要產(chǎn)于緬甸、斯里蘭卡、泰國(guó)、坦桑尼亞、美國(guó)蒙大拿州。 剛玉可作為研磨材料及制造精密儀器的軸承，顏色鮮艷透明者可作貴重寶石，如紅寶石、藍(lán)寶石等。紅寶石紅寶石的英文名稱為Ruby，源
8、于拉丁文Ruber，意思是紅色。紅寶石
