[工学]第二章 染料的颜色与结构

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1、第二章染料的颜色与结构§1颜色基本概念一、颜色与光电磁波光谱:可见光谱范围很少1pm1nm1um1mm1m1km1Mm1GmWavelengthKosmicradiationradiationGammaX-RaysUltravioletradiationvisibleradiationInfraredradiationRadar,TVRadioAudioFrequenciesEnergydistribution380nm730nm光的波长和颜色（色环图）二、光的选择性吸收和补色当日光照射到物体上时，若光线全部透过物体，则该物体为无色；若光线全部被物体反射，则该物体为白色；若光线全部被

2、物体吸收，则该物体为黑色；若各波段的光仅部分而且按比例被物体吸收，则物体为灰色；若物体选择性地吸收某一部分的光，则物体显出彩色。物体对光没有选择性吸收时，物体的颜色为非彩色。故黑、白、灰色为非彩色，又称为中性色。颜色是彩色和非彩色的总称。补色：在可见光范围内，若两种不同颜色的光混合在一起成为白光，则这两种颜色互为补色。在色环图中，对角的颜色互为补色。波长范围（nm）760～647647～585585～565565～492492～455455～424424～400光谱色红橙黄绿青蓝紫补色蓝绿青蓝紫红橙黄黄绿染料的颜色是被吸收光颜色的补色。荧光现象：有些物质在吸收紫外光后，可将光线放射出

3、来，所放射出来的光线的波长较长，处在可见光范围内，呈现闪亮的光，称为荧光现象。当光源移去后，荧光现象消失。能呈现荧光的物质称为荧光物质。利用荧光现象，可制备荧光增白剂、荧光染料等。三、光的吸收在稀溶液状态中，溶液对光的吸收符合朗伯—比尔（Lambert－Beer）定律:A=lgI0/I=cdA:吸光度，也称为光密度I0：入射光强度I：透射光强度：溶液吸光度或摩尔吸光系数c：溶液浓度d：液层厚度lg～曲线染料的颜色用最大吸收波长max表示。深色效应：染料最大吸收波长移向长波的一端，称为向红位移(bathochromicshift)，其颜色变深，故又称深色效应。反之，称为向紫位

4、移或浅色效应。浓色效应：染料对某一波长的光吸收强度增加，则称浓色效应(hyperchromiceffect)。反之，称为淡色效应。最高吸收峰越窄、越高，表示染料颜色越纯、越浓艳。在染料化学中，黄橙红称为浅色，绿青蓝称为深色，即染料的max越大，颜色越深。§2.发色理论一、Witt发色理论(发色团和助色团论)1.有机物至少需要含有某些不饱和基团时，才能显出颜色，这些基团称为发色团，如：—CH=CH—、—N=O、—N=N—、等、、、只有当这些发色团连在足够长的共轭体系中或同时有多个发色团连在一起时，才能显出颜色。含有发色团的分子称为发色体。2.助色团助色团：对发色体系起深色效应，并增加

5、染料染着性的基团。如：（1）—OH、—NH2、—NHR、—NR2、—OR、—Cl、—Br等，起深色效应。（2）—SO3Na、—COONa等，对颜色无显著影响，使染料可溶，提高染料对某些纤维的染着性。发色团发色体助色团染料—NO2—OH—N=N——NH2—NO2—N=N——OH—COONaWitt的发色团与助色团理论在历史上对染料化学的发展起过重要的作用。目前，发色团与助色团这两个名称还在广泛使用，但涵义已经有了根本的变化。现在的发色团是指能对200～1000nm波长的电磁波发生吸收的基团。而染料主要是对380～780nm的光波发生吸收。二、醌构理论醌构理论认为有机物的颜色与分子中的醌

6、型结构有关，凡具有醌型结构的化合物都有颜色。许多染料不具有醌型结构，因此醌型结构不是有机物发色的必要条件。无色无色孔雀绿三、分子轨道理论（一）光的选择性吸收近代发色理论的基本观点是染料对光发生选择性吸收，并且所吸收的波长在可见光范围内。这一发色理论是以分子轨道理论为基础的。（1）分子轨道理论认为分子轨道是原子轨道的线性组合。=C11＋C22＋C33＋…＋Cjj式中C1、C2、C3、…Cj为各原子轨道的贡献大小。线性组合后有成键轨道（1=A+B）和反键轨道（2=A－B）电子在分子轨道中遵循保理（Pauly）原理（电子自旋方向相反）和能量最低原理。五种分子轨道能级示

7、意图电子跃迁所需能量是不连续的、量子化的。*所需能量最大，约在紫外及远紫外；*、n*所需能量较小，吸收波长在可见光范围内，因此，研究n、电子的跃迁对有机物结构与颜色的关系理解具有重要意义，特别是*跃迁。染料对光的吸收特性主要是由电子运动状态决定的。（2）分子由基态到激发态的能量变化按照量子理论，光由无数具有不同能量的微粒光子（光量子）所组成，因此，染料分子对光的吸收也是量子化的，而且染料对光的选择性吸收的性质与染料分子能量、染料所