[工學(xué)]第二章 染料的顏色與結(jié)構(gòu)

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1、第二章染料的顏色與結(jié)構(gòu)§1顏色基本概念一、顏色與光電磁波光譜:可見光譜范圍很少1pm1nm1um1mm1m1km1Mm1GmWavelengthKosmicradiationradiationGammaX-RaysUltravioletradiationvisibleradiationInfraredradiationRadar,TVRadioAudioFrequenciesEnergydistribution380nm730nm光的波長和顏色（色環(huán)圖）二、光的選擇性吸收和補色當(dāng)日光照射到物體上時，若光線全部透過物體，則該物體為無色；若光線全部被物體反射，則該物體為白色；若光線全部被

2、物體吸收，則該物體為黑色；若各波段的光僅部分而且按比例被物體吸收，則物體為灰色；若物體選擇性地吸收某一部分的光，則物體顯出彩色。物體對光沒有選擇性吸收時，物體的顏色為非彩色。故黑、白、灰色為非彩色，又稱為中性色。顏色是彩色和非彩色的總稱。補色：在可見光范圍內(nèi)，若兩種不同顏色的光混合在一起成為白光，則這兩種顏色互為補色。在色環(huán)圖中，對角的顏色互為補色。波長范圍（nm）760～647647～585585～565565～492492～455455～424424～400光譜色紅橙黃綠青藍(lán)紫補色藍(lán)綠青藍(lán)紫紅橙黃黃綠染料的顏色是被吸收光顏色的補色。熒光現(xiàn)象：有些物質(zhì)在吸收紫外光后，可將光線放射出

3、來，所放射出來的光線的波長較長，處在可見光范圍內(nèi)，呈現(xiàn)閃亮的光，稱為熒光現(xiàn)象。當(dāng)光源移去后，熒光現(xiàn)象消失。能呈現(xiàn)熒光的物質(zhì)稱為熒光物質(zhì)。利用熒光現(xiàn)象，可制備熒光增白劑、熒光染料等。三、光的吸收在稀溶液狀態(tài)中，溶液對光的吸收符合朗伯—比爾（Lambert－Beer）定律:A=lgI0/I=?cdA:吸光度，也稱為光密度I0：入射光強(qiáng)度I：透射光強(qiáng)度?：溶液吸光度或摩爾吸光系數(shù)c：溶液濃度d：液層厚度lg?～?曲線染料的顏色用最大吸收波長?max表示。深色效應(yīng)：染料最大吸收波長移向長波的一端，稱為向紅位移(bathochromicshift)，其顏色變深，故又稱深色效應(yīng)。反之，稱為向紫位

4、移或淺色效應(yīng)。濃色效應(yīng)：染料對某一波長的光吸收強(qiáng)度增加，則稱濃色效應(yīng)(hyperchromiceffect)。反之，稱為淡色效應(yīng)。最高吸收峰越窄、越高，表示染料顏色越純、越濃艷。在染料化學(xué)中，黃橙紅稱為淺色，綠青藍(lán)稱為深色，即染料的?max越大，顏色越深?！?.發(fā)色理論一、Witt發(fā)色理論(發(fā)色團(tuán)和助色團(tuán)論)1.有機(jī)物至少需要含有某些不飽和基團(tuán)時，才能顯出顏色，這些基團(tuán)稱為發(fā)色團(tuán)，如：—CH=CH—、—N=O、—N=N—、等、、、只有當(dāng)這些發(fā)色團(tuán)連在足夠長的共軛體系中或同時有多個發(fā)色團(tuán)連在一起時，才能顯出顏色。含有發(fā)色團(tuán)的分子稱為發(fā)色體。2.助色團(tuán)助色團(tuán)：對發(fā)色體系起深色效應(yīng)，并增加

5、染料染著性的基團(tuán)。如：（1）—OH、—NH2、—NHR、—NR2、—OR、—Cl、—Br等，起深色效應(yīng)。（2）—SO3Na、—COONa等，對顏色無顯著影響，使染料可溶，提高染料對某些纖維的染著性。發(fā)色團(tuán)發(fā)色體助色團(tuán)染料—NO2—OH—N=N——NH2—NO2—N=N——OH—COONaWitt的發(fā)色團(tuán)與助色團(tuán)理論在歷史上對染料化學(xué)的發(fā)展起過重要的作用。目前，發(fā)色團(tuán)與助色團(tuán)這兩個名稱還在廣泛使用，但涵義已經(jīng)有了根本的變化?，F(xiàn)在的發(fā)色團(tuán)是指能對200～1000nm波長的電磁波發(fā)生吸收的基團(tuán)。而染料主要是對380～780nm的光波發(fā)生吸收。二、醌構(gòu)理論醌構(gòu)理論認(rèn)為有機(jī)物的顏色與分子中的醌

6、型結(jié)構(gòu)有關(guān)，凡具有醌型結(jié)構(gòu)的化合物都有顏色。許多染料不具有醌型結(jié)構(gòu)，因此醌型結(jié)構(gòu)不是有機(jī)物發(fā)色的必要條件。無色無色孔雀綠三、分子軌道理論（一）光的選擇性吸收近代發(fā)色理論的基本觀點是染料對光發(fā)生選擇性吸收，并且所吸收的波長在可見光范圍內(nèi)。這一發(fā)色理論是以分子軌道理論為基礎(chǔ)的。（1）分子軌道理論認(rèn)為分子軌道是原子軌道的線性組合。?=C1?1＋C2?2＋C3?3＋…＋Cj?j式中C1、C2、C3、…Cj為各原子軌道的貢獻(xiàn)大小。線性組合后有成鍵軌道（?1=?A+?B）和反鍵軌道（?2=?A－?B）電子在分子軌道中遵循保理（Pauly）原理（電子自旋方向相反）和能量最低原理。五種分子軌道能級示

7、意圖電子躍遷所需能量是不連續(xù)的、量子化的。???*所需能量最大，約在紫外及遠(yuǎn)紫外；???*、n??*所需能量較小，吸收波長在可見光范圍內(nèi)，因此，研究n、?電子的躍遷對有機(jī)物結(jié)構(gòu)與顏色的關(guān)系理解具有重要意義，特別是???*躍遷。染料對光的吸收特性主要是由?電子運動狀態(tài)決定的。（2）分子由基態(tài)到激發(fā)態(tài)的能量變化按照量子理論，光由無數(shù)具有不同能量的微粒光子（光量子）所組成，因此，染料分子對光的吸收也是量子化的，而且染料對光的選擇性吸收的性質(zhì)與染料分子能量、染料所