颜色化学第二章物质的结构状态与光学颜色

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1、第二章物质的结构状态与光学颜色光束通过物质其传播受到两种影响:(1)强度减弱(2)光速变小强度减弱的原因是吸收和散射;光速变小则产生色散。色散、散射、折射、衍射等许多物理效应能产生颜色，除光本身的特性外，离不开产生这些现象的物质，或者说颜色是物质的特殊结构引起的光学效果。2.1光的色散与相关的颜色2.1.1光色色散1.正常色散与反常色散区别在于对光的吸收2.色散产生的原理白光通过棱镜分为七色光,是因为不同频率的光在棱镜中的光速不同,折射率不同,发生了色散,产生了光谱.3.影响色散程度的因素：(I)材料

2、种类一些材料的色散值(nB-nG)冕牌玻璃0.010石英0.013蓝宝石,红宝石0.018锆石0.039金刚石0.044(2)棱镜顶角角度:对于FraunhoferB线和G线,nB=1.50,nG=1.51的冕牌玻璃,棱镜顶角为400,光线分开0.50;而顶角为600,光线分开0.90.对于nB=1.75,nG=1.79的重火石玻璃,棱镜顶角400,两条光线分开2.00,若顶角为600,两线分离角增加到4.90.(3)色散与物质结构的关系从色散的本质看,不仅与物质的种类、密度有关，更与化学键的强度密切

3、相关,介质内粒子间的作用力越强,色散越强。例：水中H-O-H间是共价键，水分子间是大量氢键，其折射率不大（1.33)；红宝石,蓝宝石主要是Al-O之间的配位键,少量的Cr-O,Ti-O,Fe-O间的配位键,折射率较大(1.77);金刚石中的C-C间则完全是共价键,虽密度并不大,但折射率最大(2.42),居常见物质之冠.3.色散产生的颜色(1)钻石的光彩标准圆钻:57个刻面,大部分光通过折射后从不同的刻面多次被反射出来,产生夺目的光彩.(2)露珠和彩虹水的折射产生色散,紫光偏折410,红光偏折430.太

4、阳光照射球形水滴,晶莹的露珠闪动着多色的光彩.一次彩虹,光线从水滴内壁穿出,直接反射出来,二次彩虹,光线射入水滴,经两次折射再发射出.两者不同之处是紫光与红光的顺序相反.雨后彩虹:大量水滴的组合,形成合适的密度梯度,相当于巨大的棱镜,展现色散的效果(3)星光闪烁星星与地球之间有宇宙和大气层,其组成、结构的局部变化，影响密度、折射率的不断变化，色散情况的改变，引起颜色、亮度和位置的不稳定，即看到的“星星眨眼”2.2光的散射与相关的颜色2.2.1光的散射现象介质的均匀性受到破坏,光线会离开原来的传播方向,

5、向其它方向传播,称光的散射.光的散射与颗粒大小有关,较大颗粒前向散射强于后向散射,而小颗粒的散射趋向于各向同性.(1)瑞利散射1871年,瑞利(Rayleigh)研究了细微质点的散射,第一个用定量的方法得出散射光强度与4成反比的定律.适用于折射率不同于其周围介质的任何粒子,唯一限制是粒子直径必须远小于波长.丁德尔(JohnTyndall)效应:丁德尔第一个研究了光束通过胶体溶液的乳光现象,胶粒与分散介质产生的散射光振幅明显不同,相互不能因干涉完全抵消,我们能观察到相干后的散射现象.(2)米(G.Mi

6、e)氏散射较大颗粒对光的散射不遵从瑞利散射定律.米(G.Mie)和德拜(P.Debye)以球形质点为模型计算了电磁波的散射:只有直径d<0.3/2时,瑞利散射正确.当粒子直径大于波长时,散射强度与波长的依赖关系不十分明显.瑞利散射微粒常呈现蓝色,而米氏散射常产生白色.2.2.2散射产生的颜色1.蔚蓝的天空可见光谱中波长较短的蓝紫光的散射比波长较长的红光强,大约是十倍的关系.晴朗的天空,阳光普照,大气对各种波长的光散射的综合结果,使天空呈现美丽的蔚蓝色.小水滴的线度比可见光波长大的多,各种波长的光几

7、乎有相同的散射,产生白色的云和雾.大气污染,颗粒比空气分子大,天空灰蒙蒙.蓝脊山脉2.红色的朝阳、落日太阳的颜色与散射程度有关.早晨日出或夕阳西下时,光线穿过厚的多的大气层,太阳光中除了波长最长的红光外,几乎都被散射掉,所以朝阳、落日格外红.正午,阳光通过大气的路程较短,各色光的散射都不强,观看太阳接近白色.下午，灰尘、烟雾增多，散射效应增强，太阳的颜色逐渐变黄。火山爆发时,大量细小粒子进入较高层大气,散射效果明显,出现异常深红的落日.雾滴尺寸为500nm左右，通过薄雾看到太阳或月亮显示出绿色或蓝色(

8、沙尘暴下的日光灯)没有大气,太阳光得不到各种分子、微粒的散射天空一片黑暗，只看到夺目的太阳悬挂在漆黑的背景中。3.丁德尔蓝动物中的蓝色、大多数绿色以及紫色中的蓝色成分，都是由散射产生的。基本的生物散射单元由小散射粒子组成，包括覆盖黑色素的组织气囊、脂肪、蛋白质、角质微粒或鸟嘌呤晶体。不为粒子散射的光被黑色素吸收，产生蓝色；若黄色被黑色素层反射，产生绿色；弱红色反射，产生紫色。较低级动物中，丁德尔蓝较少，但海蛰、章鱼、昆虫（蜻蜓和某些蝴蝶），某些鱼类、爬行