发色的化学机理和色料.pptx

教四教四225 2012.03材料化学材料化学1.2发色的化学机理和色料色的化学机理和色料 一、一、原子激发和分子振动原子激发和分子振动1.原子中电子激发跃迁原子中电子激发跃迁当一块固体物质加热时，物质不仅热辐射增当一块固体物质加热时，物质不仅热辐射增加，而且辐射中短波成分相对增加，逐渐地变红加，而且辐射中短波成分相对增加，逐渐地变红发光。发光。表表2加加热温度和温度和热辐射的射的颜色色温度温度/70070017002500450010000颜色颜色黑色黑色红色红色橙色橙色黄色黄色白色白色蓝白色蓝白色教四教四225 2012.03材料化学材料化学气气态态原原子子或或分分子子受受到到激激发发，电电子子由由基基态态跃跃迁迁到到激激发发态态。在在激激发发态态不不稳稳定定又又返返回回基基态态并并发发射射出出光。光。当当燃燃烧烧的的物物质质中中含含有有钠钠原原子子，受受激激至至高高能能态态再再返返回回基基态态时时发发出出波波长长为为589.6和和589.0nm的的黄光，火焰呈黄色。黄光，火焰呈黄色。原子中原子中电子激子激发跃迁迁表表3火焰的颜色火焰的颜色元元素素颜色色发射波长发射波长/nm锂深红深红601，671钠黄黄589钾紫紫405，767钙橙红橙红423，559，616锶紫红紫红408，461，606，687钡黄绿黄绿487，514，543，553，578Li一些金属的焰色一些金属的焰色KCsRbNa一些金属的焰色一些金属的焰色CaBaSrCu教四教四225 2012.03材料化学材料化学利利用用原原子子中中电电子子跃跃迁迁发发射射出出不不同同颜颜色色的的光光，在在化化学学中中可可通通过过焰焰色色识识别别化化学学成成分分。若若定定量量地地测测定定波波长长和和强强度度的的分分布布，则则发发展展成成原原子子发发射射光光谱谱分分析析。利利用用原原子子发发射射光光的的颜颜色色，可可制制造造色色彩彩绚绚丽丽的的焰火，焰火，增添节日的喜庆气氛。增添节日的喜庆气氛。原子中原子中电子激子激发跃迁迁原子发射光谱分析原子发射光谱分析色彩绚丽的焰火色彩绚丽的焰火WHY IS WATER BLUEJ.Chem.Edu.,1993,70(8),612教四教四225 2012.03材料化学材料化学分分子子中中原原子子间间的的振振动动会会导导致致颜颜色色的的出出现现。例例如如水水和和冰冰中中，分分子子之之间间有有氢氢键键连连接接。水水的的吸吸收收光光谱谱是是很很复复杂杂的的，在在红红外外区区域域有有一一系系列列强强吸吸收收带带，在在接接近近可可见见光光区区域域，很很快快减减弱弱，但但仍仍有有吸吸收收，这这种种红红色色吸吸收收的的余余色色为为蓝蓝色色。清清澈澈见见底底的的深深水水显显淡淡蓝蓝色色，纯纯净净的的大大块块冰冰的的颜色也是淡蓝的。颜色也是淡蓝的。和和双双原原子子分分子子的的振振动动和和转转动动有有关关的的吸吸收收，也也会会出出现颜色，例如氯气的绿色和碘蒸气的紫色。现颜色，例如氯气的绿色和碘蒸气的紫色。分子的振动和转动分子的振动和转动教四教四225 2012.03材料化学材料化学WHY IS WATER BLUE?The bent water molecule H2O in the free state has three fundamental vibrations:(a)the symmetrical stretch,(b)the symmetrical bend,(c)the antisymmetrical bend.教四教四225 2012.03材料化学材料化学教四教四225 2012.03材料化学材料化学教四教四225 2012.03材料化学材料化学阿根廷冰川国家公园阿根廷冰川国家公园The blue green lightofnaturalgasburningonakitchenburneremittedbyanoxygen-richgasflameasseenonakitchenrangealsoinvolvessuchcombinationvibrational,rotational,andelectronicexcitationsintheunstablemoleculesCHandC2.教四教四225 2012.03材料化学材料化学色色彩彩绚绚丽丽的的矿矿石石、宝宝石石、涂涂料料和和颜颜料料等等，其其中中许许多多是是由由过过渡渡金金属属化化合合物物形形成成的的。在在化化合合物物中中，过过渡渡金金属属离离子子处处于于不不同同的的配配位位场场，由由于于配配位位的的几几何何形形式式不不同同、配配位位场场的的强强弱弱不不同同，d轨轨道道或或f轨轨道道能能级级分分裂裂的的状状况况以以及及能能级级中中电电子子的的排排布布不不一一样样，电电子子在在能能级级间间跃跃迁迁所所产产生生的的颜颜色色就就有有差差别别。同同样样一一种种元元素素的的原原子子，在在不不同同条条件件下下产产生生不同的颜色。不同的颜色。过渡金属原子能渡金属原子能级在配位在配位场中的中的变化化 Al2O3 Cr2O3红宝石红宝石教四教四225 2012.03材料化学材料化学例例如如，Cr2O3呈呈绿绿色色，当当把把少少量量Cr2O3掺掺入入刚刚玉玉（Al2O3，白白色色粉粉末末）中中，由由于于Cr2O3和和Al2O3结结构构相相似似，Cr3+置置换换Al3+时时，Cr3+周周围围6个个O原原子子的的配配位位不不变变，但但因因为为Al3+比比Cr3+略略小小一一点点，配配位位场场强强弱弱产产生生变变化化，呈呈现现了了红红色色，称称为为红红宝宝石石。通通常常将将这这种种掺掺Cr3+的刚玉用化学式的刚玉用化学式Al2O3：Cr3+表示。表示。过渡金属原子能渡金属原子能级在配位在配位场中的中的变化化教四教四225 2012.03材料化学材料化学刚玉刚玉刚玉的化学成分为Al2O3，可含微量的Fe、Ti或Cr等元素，晶体属三方晶系的氧化物矿物。晶体一般为蓝灰、黄灰、红和绿色，含少量的铬 呈红色，含少量的铁和钛呈蓝色，红宝石和蓝宝 石是透明的红色和蓝色宝石级刚玉的别称。单晶多呈桶状双锥形，或双锥与底板面的聚形，较少为厚板状，晶面上常有斜纹或横纹。集合体呈粒状或致密块状。玻璃光泽，无解理，裂理发育，摩氏硬度9，比重3.98。刚玉常世界著名产地有俄国的乌拉尔山脉、南非的德兰士瓦、加拿大的安大略、土耳其的士麦那、希腊的纳克索斯。而宝石级的砂矿刚玉主要产于缅甸、斯里兰卡、泰国、坦桑尼亚、美国蒙大拿州。刚玉可作为研磨材料及制造精密仪器的轴承，颜色鲜艳透明者可作贵重宝石，如红宝石、蓝宝石等。红宝石红宝石 红宝石的英文名称为Ruby，源于拉丁 文Ruber，意思是红色。红宝石的矿物名称 为刚玉。红宝石的化学成分为三氧化二铝，因 含微量元素铬（Cr3+）而成红至粉红色。属三方晶系。晶体形态常呈桶状、短柱状、板状等。集合体多为粒状或致密块状。透明至半透明，玻璃光泽。折光率1.76-1.77，双折射率0.008-0.010。二色性明显，非均质体。有时具有特殊的光学效应-星光效应，在光线的照射下会反射出迷人的六射星光，俗称“六道线”。硬度为9，密度3.95-4.10克/立方厘米。无解理，裂理发育。红宝石在长、短波紫外线照射下发红色及暗红色荧光。教四教四225 2012.03材料化学材料化学教四教四225 2012.03材料化学材料化学带带5个个结结晶晶水水的的硫硫酸酸铜铜（CuSO45H2O）呈呈蓝蓝色色，而而无无水水硫硫酸酸铜铜晶晶体体（CuSO4）为为无无色色物物质质，这这是是由由于于在在这这两两种种晶晶体体中中Cu2+的的配配位位体体和和配配位位情情况况不不同同。类类似似的的状状况况在在其其他他盐盐类类中中也也常出现。常出现。过渡金属原子能渡金属原子能级在配位在配位场中的中的变化化教四教四225 2012.03材料化学材料化学教四教四225 2012.03材料化学材料化学硅胶干燥硅胶干燥剂 硅胶干燥剂是一种以细孔硅胶为原料的干燥剂，也是硅胶干燥剂是一种以细孔硅胶为原料的干燥剂，也是最常用的干燥剂。细孔硅胶为无色或微黄色的透明或半最常用的干燥剂。细孔硅胶为无色或微黄色的透明或半透明型颗粒透明型颗粒,内部有许多微细孔，表面积达内部有许多微细孔，表面积达700700平方米平方米/克。克。当其吸收水分达到饱和状态，不会发生表面和形态的变当其吸收水分达到饱和状态，不会发生表面和形态的变化。具有吸湿快，不变形等特点。无毒、无臭、具有较化。具有吸湿快，不变形等特点。无毒、无臭、具有较大的内表面积，并且对水蒸汽和其他可冷凝的蒸汽具有大的内表面积，并且对水蒸汽和其他可冷凝的蒸汽具有较高的吸附能力。较高的吸附能力。教四教四225 2012.03材料化学材料化学硅胶干燥硅胶干燥剂硅胶是一种高活性吸附材料，通常是用硅酸硅胶是一种高活性吸附材料，通常是用硅酸钠和硫酸反应，并经老化、酸泡等一系列后处理钠和硫酸反应，并经老化、酸泡等一系列后处理过程而制得。硅胶属非晶态物质，其化学分子式过程而制得。硅胶属非晶态物质，其化学分子式为为mSiOmSiO2 2.nH.nH2 2O O。不溶于水和任何溶剂，无毒无味，。不溶于水和任何溶剂，无毒无味，化学性质稳定，除强碱、氢氟酸外不与任何物质化学性质稳定，除强碱、氢氟酸外不与任何物质发生反应。发生反应。教四教四225 2012.03材料化学材料化学变色硅胶干燥色硅胶干燥剂 变色硅胶就是在硅胶中加入了一些带有结晶水的变色硅胶就是在硅胶中加入了一些带有结晶水的无机盐，如钴盐。无水时就是失去结晶水时的状态是无机盐，如钴盐。无水时就是失去结晶水时的状态是蓝色，吸水时就是有结晶水时的状态为粉红色。变色蓝色，吸水时就是有结晶水时的状态为粉红色。变色硅胶可以循环使用。当有颜色变化后，可以在干燥箱硅胶可以循环使用。当有颜色变化后，可以在干燥箱中烘烤，使其回到无水的状态就可以继续使用了中烘烤，使其回到无水的状态就可以继续使用了.蓝蓝色硅胶分蓝胶指示剂、变色硅胶和蓝胶，外观为蓝色色硅胶分蓝胶指示剂、变色硅胶和蓝胶，外观为蓝色或浅蓝色玻璃状颗粒。或浅蓝色玻璃状颗粒。教四教四225 2012.03材料化学材料化学通常使用的变色硅胶，是将硅酸凝胶用通常使用的变色硅胶，是将硅酸凝胶用CoCl2溶溶液浸泡，然后经干燥活化后制得的。因为无水液浸泡，然后经干燥活化后制得的。因为无水CoCl2为蓝色，水合为蓝色，水合CoCl26H2O显红色。所以根据变色硅显红色。所以根据变色硅胶的颜色变化，可以判断硅胶吸水的程度。变色硅胶的颜色变化，可以判断硅胶吸水的程度。变色硅胶常作为干燥剂和吸附剂使用。胶常作为干燥剂和吸附剂使用。变色硅胶干燥剂变色硅胶干燥剂 教四教四225 2012.03材料化学材料化学变色硅胶干燥色硅胶干燥剂 除蓝色变色硅胶外，还有其他颜色的彩色和变色除蓝色变色硅胶外，还有其他颜色的彩色和变色硅胶及香味硅胶干燥剂，用于不同的用途。如黄色硅胶及香味硅胶干燥剂，用于不同的用途。如黄色-白色变色硅胶是在无色的硅胶中添加少量的铝，分子白色变色硅胶是在无色的硅胶中添加少量的铝，分子式为式为SiO2.nAl2O3.mH2O。教四教四225 2012.03材料化学材料化学有有机机共共轭轭分分子子中中存存在在着着单单键键和和双双键键交交替替排排列列的的共共轭轭体体系系，原原子子间间形形成成由由多多个个原原子子参参加加的的离离域域键键。当当单单、双双键键的的共共轭轭体体系系长长到到一一定定的的程程度度，例例如如有有十十几几个个或或几几十十个个原原子子参参加加形形成成离离域域键键，这这时时最最高高占占据据轨轨道道(HOMO)和和最最低低空空轨轨道道(LUMO)间间的的能能级级差差，相相当当于于可可见见波波段段的的能能量量，这这种种分分子子就就会会产产生生颜颜色色。有有机机染染料料和和一一系系列列带带色色的的有有机机化化合合物物，其其颜颜色色都都是是由由有有机机共共轭轭分分子子中中的的离离域域键键所所引起。引起。共共轭效效应和有机染料和有机染料教四教四225 2012.03材料化学材料化学有有机机染染料料的的品品种种成成千千上上万万，但但它它们们出出现现颜颜色色的的起起因因都都是是分分子子内内存存在在着着一一定定大大小小的的、单单双双键键交交替替的的共共轭轭体系。体系。最最古古老老的的有有机机染染料料是是靛靛蓝蓝（两两分分子子羰羰基基吲吲哚哚通通过过双双键键连连接接起起来来的的对对称称结结构构），四四五五千千年年前前人人们们就就已已经经用用它它染染布布了了。从从前前靛靛蓝蓝是是从从植植物物中中提提取取，现现在在则则由由人人工工合合成成在在化化工工厂厂生生产产出出来来。染染色色时时分分子子中中的的O原原子子或或NH基基团团都都可可和和纤纤维维中中的的OH基基团团形形成成较较牢牢固固的的结结合。合。共共轭效效应和有机染料和有机染料靛蓝（靛蓝（Indigo）的分子结构式）的分子结构式或或2-2-（1,3-1,3-二氢二氢-3-3-氧代氧代-2H-2H-吲哚吲哚-2-2-亚基）亚基）-1,2-1,2-二氢二氢-3H-3H-吲哚吲哚-3-3-酮酮使用靛蓝的织物与工艺品使用靛蓝的织物与工艺品靛靛蓝蓝结结构构的的测测定定和和工工业业上上的的生生产产，经经历历了了漫漫长长的的道路，是有机化学发展史上的一项重要史料。道路，是有机化学发展史上的一项重要史料。和和靛靛蓝蓝同同属属一一类类而而性性能能更更好好、应应用用更更广广的的染染棉棉织织品品的的染染料料是是“阴阴丹丹士士林林（RSN：是是由由两两分分子子的的蒽蒽醌醌和和一分子的二氢吡嗪骈合而成）一分子的二氢吡嗪骈合而成）”。阴丹士林阴丹士林（indanthrene）分子结构式分子结构式早期的阴丹士林广告早期的阴丹士林广告教四教四225 2012.03材料化学材料化学共共轭效效应和有机染料和有机染料靛靛蓝蓝和和阴阴丹丹士士林林都都不不溶溶于于水水，染染色色时时先先要要在在碱碱性性溶溶液液中中将将它它还还原原为为可可溶溶性性物物质质，将将要要染染色色的的织织品品浸浸泡泡入入内内染染色色，然然后后取取出出在在空空气气中中氧氧化化发发色色。因因碱碱液液会会损损坏坏毛毛和和丝丝纤纤维维，不不适适合合于于染染毛毛和和丝丝。能能染染毛毛和和丝丝的的染染料料品品种种很很多多，孔孔雀雀绿绿是是其其中中一一种种，它它是是由由3个个苯苯环环连连接接在在一一起起的共轭分子。的共轭分子。教四教四225 2012.03材料化学材料化学孔雀绿孔雀绿分子结构式分子结构式孔雀绿色孔雀绿色工艺品工艺品孔雀绿孔雀绿教四教四225 2012.03材料化学材料化学胡萝卜素是胡萝卜及其他某些植物显胡萝卜素是胡萝卜及其他某些植物显橙红色的重要成分。可用作人造黄油和橙红色的重要成分。可用作人造黄油和其他食品色素、药品及化妆品，其分子其他食品色素、药品及化妆品，其分子结构式为：结构式为：胡萝卜素胡萝卜素血红素分子是一个具有卟啉结构血红素分子是一个具有卟啉结构的小分子，在卟啉分子中心，由的小分子，在卟啉分子中心，由卟啉中四个吡咯环上的氮原子与卟啉中四个吡咯环上的氮原子与一个亚铁离子配位结合，一个亚铁离子配位结合，教四教四225 2012.03材料化学材料化学叶绿素叶绿素a（Chlorophyll a）叶绿素和血红素叶绿素和血红素是包含卟啉环的分子，是包含卟啉环的分子，叶绿素可用作食品色素叶绿素可用作食品色素和皮革、肥皂和蜡等的和皮革、肥皂和蜡等的着色剂。着色剂。花青素分子结构花青素分子结构姜黄素分子结构姜黄素分子结构花青素与姜黄素花青素与姜黄素教四教四225 2012.03材料化学材料化学红曲色素曲色素教四教四225 2012.03材料化学材料化学有有的的化化合合物物在在溶溶液液中中由由于于酸酸碱碱性性的的改改变变，分分子子结结构构发发生生变变化化，因因而而显显示示出出不不同同的的颜颜色色。这这类类化化合合物物可可用用作作酸酸碱碱指指示示剂剂，或或称称pH指指示示剂剂。例例如如酚酚酞酞，在在酸酸性性溶溶液液中中分分子子中中心心的的C原原子子按按sp3杂杂化化轨轨道道形形成成四四面面体体形形分分布布的的4个个化化学学键键，将将3个个苯苯环环上上的的共共轭轭体体系系分分割割开开，分分子子没没有有颜颜色色。但但在在碱碱性性溶溶液液中中，pH9时时，中中心心C原原子子以以sp2杂杂化化轨轨道道形形成成平平面面三三角角形形的的3个个化化学学键键，剩剩余余的的p轨轨道道和和分分子子中中3个个苯苯环环键键连连接接成成一一个个更更大大的的共共轭轭体体系系，分分子子显显红红色色，所所以以酚酚酞是常用的一种酸碱指示剂。酞是常用的一种酸碱指示剂。教四教四225 2012.03材料化学材料化学酚酞的分子结构变化酚酞的分子结构变化教四教四225 2012.03材料化学材料化学包包含含混混合合价价态态化化合合物物容容易易通通过过电电荷荷转转移移产产生生颜颜色色，混混合合价价态态化化合合物物又又称称为为同同素素异异形形价价离离子子化化合合物物，它它是是指指在在一一个个化化合合物物中中，同同一一种种元元素素的的离离子子存存在在着着不不同同的的价价态态。例例如如磁磁铁铁矿矿Fe3O4中中含含有有Fe2+和和Fe3+，标标明明价价态态的的化化学学式式为为Fe2+Fe3+2O4。当当不不同同价价态态离离子子的的配配位位情情况况不不同同，电电子子从从一一种种价价态态离离子子转转移移到到另另一一价价态态离离子子就就要要吸吸收收或或放放出能量，产生颜色。出能量，产生颜色。电荷转移效应和颜料电荷转移效应和颜料教四教四225 2012.03材料化学材料化学电荷荷转移效移效应和和颜料料 Fe3O4中中的的Fe2+处处于于八八面面体体配配位位，而而Fe3+则则有有一一半半处处于于八八面面体体配配位位，另另一一半半处处于于四四面面体体配配位位。电电子子在在不不同同配配位位环环境境和和不不同同价价态态离离子子间间的的转转移移，有有能能量量差差异异，导导致致了了吸吸收光能或放出光能，因而产生颜色。收光能或放出光能，因而产生颜色。教四教四225 2012.03材料化学材料化学天然的磁铁矿天然的磁铁矿天然的磁铁矿呈蓝天然的磁铁矿呈蓝黑色，日常用的菜刀表黑色，日常用的菜刀表面呈黑色，及钢枪表面面呈黑色，及钢枪表面经过经过“发蓝发蓝”处理呈蓝处理呈蓝黑色这些都是因为存在黑色这些都是因为存在Fe3O4而显现的颜色。而显现的颜色。教四教四225 2012.03材料化学材料化学普鲁士蓝（普鲁士蓝（Prussianblue）FeIII4FeII(CN)6315H2O是由高铁离子（是由高铁离子（Fe3+）和亚）和亚铁离子铁离子FeII(CN)64-相互作用反应所得的产物，在工业上相互作用反应所得的产物，在工业上是重要的色料，也是配制蓝墨水和蓝色圆珠笔芯的色料。在是重要的色料，也是配制蓝墨水和蓝色圆珠笔芯的色料。在其结构中由其结构中由FeC=NFe为边围成小立方体骨架，由于电为边围成小立方体骨架，由于电荷转移作用，存在下面的过程：荷转移作用，存在下面的过程：电荷荷转移效移效应和和颜料料 教四教四225 2012.03材料化学材料化学普鲁士蓝分子结构普鲁士蓝分子结构教四教四225 2012.03材料化学材料化学普鲁士蓝晶体结构普鲁士蓝晶体结构普鲁士蓝及类似物的晶体结构普鲁士蓝及类似物的晶体结构刚玉的晶体结构刚玉的晶体结构教四教四225 2012.03材料化学材料化学异异核核离离子子间间的的电电荷荷转转移移而而产产生生颜颜色色的的现现象象也也广广泛泛地地存存在在。蓝蓝宝宝石石（Al2O3:Fe2+，Ti4+）就就是是典典型型实实例例。当当刚刚玉玉（Al2O3）中中的的Al3+有有少少量量（一一般般小小于于0.1%）被被Fe2+和和Ti4+所所置置换换，在在结结构构中中相相邻邻的的Fe和和Ti离离子子的的距距离离为为265pm，这这些些离离子子的的dz2轨轨道道之之间间有有一一定定的的叠叠加加，当当在在白白光光的的作作用用下下，电子从一个离子跑到另一个离子上，发生上述过程。电子从一个离子跑到另一个离子上，发生上述过程。电荷荷转移效移效应和和颜料料 教四教四225 2012.03材料化学材料化学蓝宝石蓝宝石教四教四225 2012.03材料化学材料化学蓝宝石蓝宝石Fe2+Ti4+Fe3+Ti3+该该过过程程右右方方的的能能量量大大于于左左方方的的能能量量，其其增增量量为为2.11eV。这这种种过过程程也也称称为为光光化化学学的的氧氧化化还还原原作作用用。这这种种作作用用形形成成的的吸吸收收光光谱谱的的谱谱带带中中心心位位于于588nm，实实验验证证明明除除蓝蓝色色和和紫紫蓝蓝色色光光以以外外，所所有有其其他他颜颜色色的的光光都都被被吸吸收收了了，这是蓝宝石产生蓝色的根源。这是蓝宝石产生蓝色的根源。教四教四225 2012.03材料化学材料化学许多深蓝色、棕色、黑色的宝石和矿物的颜色都因为许多深蓝色、棕色、黑色的宝石和矿物的颜色都因为其中的其中的Fe2+-Si4+电荷转移过程产生。例如，蓝晶石电荷转移过程产生。例如，蓝晶石Al3SiO5和同分异构的褐色红柱石，宝石形式的黝帘石和同分异构的褐色红柱石，宝石形式的黝帘石Ca2Al3Si3O12(OH)等。等。电荷转移产生特强吸收，因为选律完全允许这种跃迁电荷转移产生特强吸收，因为选律完全允许这种跃迁过程发生，由这种过程产生的颜色通常是棕色、深蓝色或过程发生，由这种过程产生的颜色通常是棕色、深蓝色或黑色。黑色。其他类型的电荷转移包括金属其他类型的电荷转移包括金属配位体、阴离子配位体、阴离子阳阳离子、施主离子、施主受主相互作用。受主相互作用。电荷荷转移效移效应和和颜料料 蓝晶石蓝晶石 Al3SiO5红柱石红柱石 andalusiteAl2(SiO5)O 黝帘石黝帘石zoisite Ca2Al3(SiO4)(Si2O7)O(OH)丹泉石丹泉石 tanzanite Ca2Al3(SiO4)3(OH)可能含有可能含有V V、CrCr、MnMn等元素等元素 电气石电气石Tourmaline(Na,Ca)(Mg,Fe)(Na,Ca)(Mg,Fe)3 3B B3 3AlAl6 6SiSi6 6(O,OH,F)(O,OH,F)碧玺碧玺铬铬黄黄PbCrO4、铬铬酸酸钾钾K2CrO4和和重重铬铬酸酸钾钾K2Cr2O7等等的颜色来自下式的电荷转移过程：的颜色来自下式的电荷转移过程：Cr6+O2-Cr5+O-这个过程能够发生，是因为高价的正离子（这个过程能够发生，是因为高价的正离子（Cr6+）对电子有）对电子有强烈的吸引作用。在外来光照下，容易产生电荷转移过程。强烈的吸引作用。在外来光照下，容易产生电荷转移过程。电荷荷转移效移效应和和颜料料 教四教四225 2012.03材料化学材料化学赤铁矿赤铁矿Fe2O3的红褐色来自：的红褐色来自：Fe3+O2-Fe2+O-高锰酸钾高锰酸钾KMnO4出现深红紫色也是类似的机理。出现深红紫色也是类似的机理。电荷荷转移效移效应和和颜料料 电荷荷转移效移效应和和颜料料 由阴离子由阴离子-阴离子电荷转移而产生颜色的重要实例是阴离子电荷转移而产生颜色的重要实例是群青和天青群青和天青石石。群青是重要的蓝色无机颜料，天青石可作宝石。群青是重要的蓝色无机颜料，天青石可作宝石。将高岭土将高岭土Al2Si2O73H2O、硫黄、碳酸钠、硫酸钙和木炭混合加硫黄、碳酸钠、硫酸钙和木炭混合加热烧制，可得深蓝色的群青热烧制，可得深蓝色的群青(Ca2+，Na+)x Al6Si6O24（S3-,SO42-）。群青的硅（铝）氧骨干群青的硅（铝）氧骨干Al6Si6O246+的结构和方钠石结构相似。群青的结构和方钠石结构相似。群青的颜色来源于的颜色来源于S3-（或S32-），它是由），它是由19个个（或（或13个）价电子组成的离子，它的奇数个）价电子组成的离子，它的奇数电子数目，使相邻的电子数目，使相邻的S3-阴离子之间容易产阴离子之间容易产生电荷转移，导致出现相当于生电荷转移，导致出现相当于2.1eV的强吸的强吸收带收带（600nm），呈现带有紫色调的深蓝色。，呈现带有紫色调的深蓝色。教四教四225 2012.03材料化学材料化学固固体体的的能能带带结结构构可可以以阐阐明明许许多多物物质质产产生生颜颜色色的的原原因因。金金属属中中，电电子子占占据据的的能能级级构构成成连连续续的的能能带带。因因为为每每一一个个轨轨道道只只能能由由两两个个电电子子占占据据，所所以以金金属属中中必必须须有有很很多多能能级级，它它们们间间隔隔极极小小，故故形形成成能能带带。0K时时，从从最最低低能能级级直直到到费费米米能能级级（电电子子填填充充的的最最高高能能级级）都都被被电电子子占占据据，费费米米能能级级以以上上是是空空的的。导导带带中中，填填满满电电子子的的能能级级和和空空的的能能级级的的间间隔隔很很小小，任任何何能能量量的的输输入入，不不管管它它多多么么小小，都都能能把把1个个电电子子推推到到具具有有较较高高能能量量的的轨轨道道上上，所所以以任任何何能能量量几几乎乎全全被被吸吸收收，透透射射率率极极低低。处处于于高高能能级级的的电电子子又又能能迅迅速速跳跳回回低低能能级级，金金属属能能反反射射光光，具具有很高的反射率，金属表面都有光泽。有很高的反射率，金属表面都有光泽。电子在固体能带间跃迁产生颜色电子在固体能带间跃迁产生颜色教四教四225 2012.03材料化学材料化学不不同同的的金金属属和和合合金金显显示示不不同同的的颜颜色色，是是由由于于费费米米能能级级以以上上在在一一些些特特定定能能量量上上能能态态数数目目不不同同。能能态态密密度度不不均均匀匀，一一些些波波长长的的光光被被吸吸收收，另另一一些些更更容容易易有有效效地地重重新新发发射射。除除吸吸收收及及重重新新发发射射外外，不不同同的的金金属属和和合合金金透透射射的的情情况况也也不不同同，所所以以不不同同的的金金属属具具有有各各自自的的特特色色。金金呈呈现现金金黄黄色色，银银呈呈现现银银白白色色，铜呈现紫红色。铜呈现紫红色。金金在在光光谱谱的的红红端端吸吸收收最最强强，反反射射也也最最强强。金金在在光光谱谱的的紫紫端端透透射射多多，金金的的薄薄片片（厚厚度度约约100nm）的的透透射射光光呈呈蓝蓝绿绿色色。胶胶体体颗颗粒粒大大小小（直直径径为为10nm左左右右）的的金金粒粒分分散散在在玻玻璃璃中中，玻璃显红色，称为红宝石玻璃。玻璃显红色，称为红宝石玻璃。电子在固体能带间跃迁产生颜色电子在固体能带间跃迁产生颜色教四教四225 2012.03材料化学材料化学能带能带教四教四225 2012.03材料化学材料化学半半导导体体的的能能隙隙宽宽度度3eV，例例如如Si为为1.12 eV，Ge为为0.67eV。当当能能隙隙宽宽度度小小于于1.77eV（700nm）时时，所所有有颜颜色都被吸收，因为它是可见光的极限。色都被吸收，因为它是可见光的极限。能能隙隙宽宽度度小小于于1.7 eV的的Si，Ge，GaAs等等都都呈呈黑黑色色。CdS的的能能隙隙宽宽度度为为2.6 eV，使使它它吸吸收收紫紫色色和和蓝蓝色色，而而不不能能吸收其他颜色，吸收其他颜色，CdS显黄色，称为镉黄，用作颜料。显黄色，称为镉黄，用作颜料。金金刚刚石石的的能能隙隙宽宽度度为为5.4 eV，是是绝绝缘缘体体，它它是是无无色色透透明明的的晶晶体体。若若在在金金刚刚石石中中掺掺入入少少量量氮氮，使使能能隙隙宽宽度度改改为为2.2 eV，含氮金刚石呈现黄色。，含氮金刚石呈现黄色。电子在固体能带间跃迁产生颜色电子在固体能带间跃迁产生颜色金刚石金刚石教四教四225 2012.03材料化学材料化学色色心心是是晶晶体体的的一一种种点点缺缺陷陷。例例如如，NaCl晶晶体体中中呈呈现现的的Cl-空空缺缺的的位位置置被被e-占占据据，形形成成色色心心。色色心心中中的的电电子子只只是是被被松松弛弛地地束束缚缚着着，受受到到白白光光的的照照射射，可可能能吸吸收收其其中中特特定定波波长长而而被被激激发发到到导导带带中中，从从而而使晶体产生颜色。使晶体产生颜色。色色心心晶晶体体是是束束缚缚在在基基质质晶晶格格点点缺缺陷陷周周围围的的电电子子或或其其他他离离子子与与晶晶格格相相互互作作用用形形成成发发光光中中心心。可可作作激激光光工工作作物物质质，是是激激光光器器中中借借以以发发射激光的物质射激光的物质激光基质。激光基质。目目前前，色色心心晶晶体体主主要要由由碱碱金金属属卤卤化化物物的的离离子子缺缺位位捕捕获获电电子子，形形成色心。如：成色心。如：LiF、KF、NaCl、KCl：Na、KCl：Li色心色心教四教四225 2012.03材料化学材料化学宝石中常见的色心有两种：宝石中常见的色心有两种：电子色心：电子色心：是指电子存在于晶体结构缺陷的空位时形是指电子存在于晶体结构缺陷的空位时形成的色心。原因是当阴离子空穴俘获一个成的色心。原因是当阴离子空穴俘获一个电子后，该电子便处于其周围离子所形成电子后，该电子便处于其周围离子所形成的晶体场中，能级发生变化，当可见光照的晶体场中，能级发生变化，当可见光照射宝石时，该电子产生由基态到激发态的射宝石时，该电子产生由基态到激发态的跃迁，并在跃迁中对可见光产生选择性的跃迁，并在跃迁中对可见光产生选择性的吸收而成色。吸收而成色。典型的例子：典型的例子：紫色萤石紫色萤石色心色心教四教四225 2012.03材料化学材料化学色心色心紫色萤石紫色萤石空穴色心：空穴色心：由于阳离子缺失而产生的电子空位。由于阳离子缺失而产生的电子空位。原原 因：当宝石中阳离子空位形成以后，为因：当宝石中阳离子空位形成以后，为 了达到电价平衡，阳离子空穴附近了达到电价平衡，阳离子空穴附近 的阴离子在外来能量的作用下释放的阴离子在外来能量的作用下释放 电子，形成未成对电子，这些未成电子，形成未成对电子，这些未成 对电子吸收可见光产生颜色。对电子吸收可见光产生颜色。典型的例子：紫晶（典型的例子：紫晶（FeFe3+3+）与烟晶）与烟晶(Al(Al3+3+)色心色心教四教四225 2012.03材料化学材料化学紫晶紫晶紫晶紫晶烟晶烟晶烟晶烟晶 黄晶黄晶黄晶黄晶哪类化合物是由于电荷转移致使物质产生颜色？哪类化合物是由于电荷转移致使物质产生颜色？能发生电荷转移的条件是什么？能发生电荷转移的条件是什么？电荷转移有几种类型？电荷转移有几种类型？课堂练习课堂练习The Nano Graveyard isa thin film of tin(II)sulfidepreparedbyasolutionmethodwithpost-annealingandwasimagedusingscanningelectronmicroscopyatalowincidenceangle.Partofthefilmhasbeenartificiallycoloredtorepresentalumpy ground of moss or grass while the protruding crystals,resemblingtombstones,andhavebeenleftunaltered.ThesecenotaphscommemoratethematerialGrayGoo,who,afteranotoriouscareerofpublicfear-mongering,hasgently been laid to rest.Kindly pay your respects.-Steven Herron,StanfordUniversitySalt Crystals-Water soluble salts have deliquescent points(i.ea relativehumidityabovewhichtheybegintodissolveinthemoisturethatisadsorbedontheirsurfaces).ThesaltcrystalsinthisSEMimagewerecompactedandsubsequentlyexposed to a controlled relative humidity above their deliquescent point.Newstructuresre-crystallizedattheparticleinterfaces.Maybelifereallyislikeaboxofchocolates!J.M.Anderson,M.W.Fleck,E.R.KuppandG.L.Messing,PennStateUniversity Nano Garden-SEMimageofhydrothermally grown ZnO nanostructureonthesinteredAgnanoparticles.IwassupposedtogrowZnOnanowire,butIappliedtoomuchpowerwhichinturncausedabubble.Thebubbleaccidentallyconstructedastructurethatresemblesagardenwithastonetable.-SukjoonHongGoodOleFishing-TheSEMimageisoftitaniumdioxide(anatase)filmwithsurfacetexture.-ShirinM.Usmani,SanFranciscoStateUniversity.Flowers in Wonderland-Colorizedscanningelectronmicroscopy(SEM)imageofsilverdendritescreatedthroughafastreductionofsilvernitrate(AgNO3)inthepresenceofcitrate.Theas-obtainedsilverflowerspossesslargesurfaceareaaswellashighcatalyticactivity.-QiaoZhangSingle-walled Carbon Nanotubes-ThisisanScanningElectronMicroscopy(SEM)imageofananodeusedinlithiumionbatteries.Thisparticularsampleconsistof95%puresemiconductingsingle-walledcarbonnanotubes.-LailaJaberAnsari教四教四225 2012.03材料化学材料化学蓝晶石蓝晶石 Al3SiO5教四教四225 2012.03材料化学材料化学褐色红柱石褐色红柱石教四教四225 2012.03材料化学材料化学黝帘石黝帘石