染料的顏色和結(jié)構(gòu)

關(guān)于染料的顏色和結(jié)構(gòu)第1頁(yè)，共47頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)30分，星期五第一節(jié)引言染料應(yīng)當(dāng)具備兩大特性：（1）具有各類顏色（2）可以上染纖維染料的顏色和染料分子本身結(jié)構(gòu)有關(guān)，也和照射在染料上光線的性質(zhì)有關(guān)，光線照射在不同結(jié)構(gòu)的染料分子上出現(xiàn)不同的顏色。第2頁(yè)，共47頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)30分，星期五一、發(fā)色團(tuán)和助色團(tuán)理論維特最早提出的該理論，認(rèn)為有機(jī)化合物的顏色是由發(fā)色團(tuán)引起的。同時(shí)，分子機(jī)構(gòu)中還應(yīng)當(dāng)具有助色團(tuán)來(lái)加強(qiáng)發(fā)色團(tuán)的作用。有色物質(zhì)有顏色的原因是其分子結(jié)構(gòu)中帶有一些不飽和基團(tuán)。這些基團(tuán)稱為發(fā)色團(tuán)。如：-N=N-、C=C、-N=O、-NO2、

C=O等。有機(jī)物質(zhì)要有顏色，發(fā)色團(tuán)必須連在足夠長(zhǎng)的共軛體系上，或者有幾個(gè)發(fā)色團(tuán)連成共軛體系。含有發(fā)色團(tuán)的分子共軛體系稱為發(fā)色體。1.發(fā)色團(tuán)第3頁(yè)，共47頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)30分，星期五物體要有顏色，分子中除了發(fā)色團(tuán)外，往往還要有一些助色團(tuán)。一些供電子基團(tuán)，常含有未共用的電子對(duì)。如-NH2，-OH，-NHR等。助色團(tuán)作用：加強(qiáng)發(fā)色團(tuán)的發(fā)色作用，產(chǎn)生深色效應(yīng)，提高吸收強(qiáng)度。提高染料的染色性能。如：-SO3Na可增加染料水溶性。2.助色團(tuán)第4頁(yè)，共47頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)30分，星期五酸性橙Ⅱ（C.I.酸性橙7，15510）偶氮結(jié)構(gòu)母體為發(fā)色體；-SO3Na、-OH為助色團(tuán)。還原深藍(lán)BO（C.I.還原藍(lán)20，59800）只有發(fā)色體，不含助色團(tuán)第5頁(yè)，共47頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)30分，星期五應(yīng)當(dāng)說(shuō)基本上只是經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，缺乏理論基礎(chǔ)。不能完全解釋有色物質(zhì)的發(fā)色機(jī)理，有例外。有含有發(fā)色體、發(fā)色團(tuán)、助色團(tuán)但沒(méi)有顏色的化合物；有無(wú)發(fā)色體，但有顏色的化合物（碘仿CHI3，黃色）?？兹妇G隱色體（無(wú)色）3.發(fā)色團(tuán)和助色團(tuán)理論的缺點(diǎn)第6頁(yè)，共47頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)30分，星期五二、量子理論光是電磁波，具有波動(dòng)性和微粒性（波粒兩象性）。光是由無(wú)數(shù)個(gè)具有不同能量的光量子組成的，光量子的能量與頻率、波長(zhǎng)之間的關(guān)系為：ν越大，λ越短，能量越大。第7頁(yè)，共47頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)30分，星期五人們感覺(jué)到的光的顏色是不同波長(zhǎng)的可見(jiàn)光照射到人眼中，刺激人的眼神經(jīng)，而引起的一種生理現(xiàn)象。第二節(jié)吸收現(xiàn)象和吸收光譜曲線一、顏色和吸收

光是一種電磁波，頻率與波長(zhǎng)的關(guān)系為υ=c/λ光的顏色和光的波長(zhǎng)是相互對(duì)應(yīng)的?？梢?jiàn)光的波長(zhǎng)范圍在380~780nm。紅色光的波長(zhǎng)最長(zhǎng)：640~770nm；紫色光的波長(zhǎng)最短：400~440nm。太陽(yáng)光(白光)：是由一個(gè)包含所有波長(zhǎng)范圍的混合光組成的光。1.光與色的物理概念第8頁(yè)，共47頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)30分，星期五

白光是由各種單色光組成的。太陽(yáng)光和其它光源的光都是由單色光組成的復(fù)色光。復(fù)色光可以分成單色光的現(xiàn)象叫做光的色散現(xiàn)象。

圖1-1白光經(jīng)棱鏡后分成光譜

按照紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫順序形成彩帶。這樣的光帶稱為光譜。赤橙黃綠青藍(lán)紫，

誰(shuí)持彩練當(dāng)空舞？

-毛澤東詩(shī)詞第9頁(yè)，共47頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)30分，星期五無(wú)色透明——光線全部透過(guò)物體；物體呈白色——光線全部被物體反射；物體呈黑色——照射到物體上的光線全部被吸收；物體呈灰色——各波段的光部分成比例地被物體吸收；物體呈現(xiàn)一定的顏色——白光中的某一段或某幾段光有選擇地被物體吸收。2、物體的顏色

結(jié)論：物體的顏色是物體對(duì)可見(jiàn)光中某一波長(zhǎng)的光選擇性吸收后，反射回來(lái)的其他波長(zhǎng)的光在我們視覺(jué)上產(chǎn)生的反應(yīng)。當(dāng)太陽(yáng)光或其他白光照射在物體上，可以看到幾種情況：第10頁(yè)，共47頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)30分，星期五3、補(bǔ)色一種色的補(bǔ)色可以是單色光，也可以是除去這個(gè)顏色光后白光剩余的顏色。在顏色盤（環(huán)）上能很清楚地看到光譜色的補(bǔ)色就是它的對(duì)角所表示的顏色。即物體的顏色實(shí)際上就是物體吸收光的補(bǔ)色。兩種不同顏色的光混合起來(lái)成為白光，這兩種光的顏色稱為補(bǔ)色。第11頁(yè)，共47頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)30分，星期五紅光紫紅紫橙藍(lán)黃綠光藍(lán)黃光綠藍(lán)光綠綠400nm435nm595nm480nm580nm490nm560nm500nm顏色環(huán)605nm700nm明確一個(gè)概念??！物體的顏色是物體吸收光后反射回來(lái)的補(bǔ)色。不是說(shuō)這個(gè)物體是什么顏色就吸收什么顏色的光！第12頁(yè)，共47頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)30分，星期五呈現(xiàn)幾種顏色的物質(zhì)在可見(jiàn)光區(qū)的吸收曲線分別為：

第13頁(yè)，共47頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)30分，星期五第14頁(yè)，共47頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)30分，星期五二、吸收定律Lambert-Beer定律D：光密度；I0：入射光強(qiáng)度；I：透射光強(qiáng)度；c：溶液濃度；l：光程；ε：摩爾吸光系數(shù)ε與有色物質(zhì)的結(jié)構(gòu)、光的λ有關(guān)。第15頁(yè)，共47頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)30分，星期五三、吸收光譜曲線以ε和可見(jiàn)光的波長(zhǎng)λ作圖，得到的光譜圖，稱為吸收光譜。橫坐標(biāo)：λ(nm)；縱坐標(biāo)：ε。從ε-λ圖中可以得到物質(zhì)的結(jié)構(gòu)與其吸收光譜的關(guān)系?？梢源砟骋晃镔|(zhì)的結(jié)構(gòu)特性。每種物質(zhì)的吸收光譜在同一入射光下的譜圖是不變的，但是相同的譜圖不能一定證實(shí)結(jié)構(gòu)。第16頁(yè)，共47頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)30分，星期五吸收帶：有機(jī)有色物質(zhì)對(duì)光的吸收有一寬的區(qū)域，形成一個(gè)吸收峰，稱為吸收譜帶，簡(jiǎn)稱吸收帶。第一吸收帶：波長(zhǎng)最長(zhǎng)的吸收帶。第17頁(yè)，共47頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)30分，星期五最大吸收波長(zhǎng)：每一吸收帶都有一個(gè)與最高摩爾吸光度ε對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)，稱為λmax；與λmax相對(duì)應(yīng)的ε為εmax。積分吸收強(qiáng)度：整個(gè)吸收帶的吸收采用積分吸收強(qiáng)度表示?！?8頁(yè)，共47頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)30分，星期五第三節(jié)吸收光譜曲線的量子概念光是電磁波，具有波動(dòng)性和微粒性（波粒兩象性）。光是由無(wú)數(shù)個(gè)具有不同能量的光量子組成的，光量子的能量與頻率、波長(zhǎng)之間的關(guān)系為：對(duì)于時(shí)間的平均值，光表現(xiàn)為波動(dòng)對(duì)于時(shí)間的瞬間值，光表現(xiàn)為粒子性

h,普朗克常數(shù)第19頁(yè)，共47頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)30分，星期五根據(jù)量子理論，原子和分子的能量是量子化的。物質(zhì)分子中，存在電子相對(duì)于原子核的運(yùn)動(dòng)，以及原子核間的相對(duì)振動(dòng)和整個(gè)分子所存在的一定的轉(zhuǎn)動(dòng)。各運(yùn)動(dòng)狀態(tài)都有相應(yīng)的能量，分別為電子能級(jí)、振動(dòng)能級(jí)、轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)。分子的能量狀態(tài)稱為分子能級(jí)。各能級(jí)都是量子化的，分子能量為各運(yùn)動(dòng)狀態(tài)能量之和：第20頁(yè)，共47頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)30分，星期五當(dāng)分子處于不同狀態(tài)時(shí)，所有這些能量都不是連續(xù)的，而是量子化的。分子處于不同狀態(tài)時(shí)的能量，稱為能級(jí)。能級(jí)之間的間隔就是它們之間的能級(jí)差。

分子能級(jí)示意圖第21頁(yè)，共47頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)30分，星期五當(dāng)分子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，能級(jí)也隨之發(fā)生變化。這種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化叫做躍遷，電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化稱為電子躍遷。在電子躍遷的同時(shí)，常常伴隨著振動(dòng)能級(jí)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)的變化，因此，躍遷時(shí)總能量的變化應(yīng)是三種能量變化之和。在一般情況下，分子總是處于能量最低的電子狀態(tài)，即最低電子能級(jí)，稱為電子基態(tài)，簡(jiǎn)稱基態(tài)。同樣，在這種情況下，分子的振動(dòng)能級(jí)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)往往也處于最低能級(jí)狀態(tài)，稱為零振動(dòng)能級(jí)和零轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)。電子躍遷時(shí)的能量變化也不是連續(xù)的，而是量子化的。第22頁(yè)，共47頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)30分，星期五當(dāng)分子吸收某種能量后，分子中的電子從較低能級(jí)（基態(tài)）躍遷到較高能級(jí)，而使整個(gè)分子的能量升高，處于較高能量狀態(tài)。通常把分子能量增高后的電子能態(tài)稱為激發(fā)態(tài)，而把能量增高的過(guò)程稱為激發(fā)?；鶓B(tài)和激發(fā)態(tài)之間的能級(jí)差稱為激發(fā)能。由于一個(gè)分子具有很多不同的高能級(jí)狀態(tài)，因此可以吸收不同的能量，達(dá)到不同能級(jí)的激發(fā)態(tài)。能量最低的激發(fā)態(tài)稱為第一激發(fā)態(tài)，隨著能量的升高可以稱為第二激發(fā)態(tài)，第三激發(fā)態(tài)等。一般來(lái)說(shuō)第一激發(fā)態(tài)對(duì)于染料的顏色形成最為重要。

第23頁(yè)，共47頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)30分，星期五根據(jù)能量守恒定律，物質(zhì)在光的作用下，只有當(dāng)物質(zhì)分子中電子躍遷時(shí)的總能量變化等于相應(yīng)光子能量時(shí)，該物質(zhì)才可能吸收該能量的光子，產(chǎn)生躍遷。即躍遷所需能量應(yīng)與電磁波中光量子的能量相一致。上式把吸收光的波長(zhǎng)λ與有色物質(zhì)分子的激發(fā)能ΔE聯(lián)系在一起，物質(zhì)分子的激發(fā)能取決于物質(zhì)分子結(jié)構(gòu)，從而從本質(zhì)上解釋了物質(zhì)選擇性吸收可見(jiàn)光的原因。

舉例：一個(gè)黃色的物質(zhì)，其達(dá)到第一激發(fā)態(tài)的能量只能是波長(zhǎng)為350-500之間的光才能提供，那就只能吸收

這部分光，而反射黃光。它無(wú)法吸收其他波長(zhǎng)的光，而顯示別的顏色。第24頁(yè)，共47頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)30分，星期五在連續(xù)光譜中，某些光量子的能量被物質(zhì)吸收后，就形成該物質(zhì)的吸收光譜。一般認(rèn)為，可見(jiàn)光的波長(zhǎng)范圍在380～780nm之間，如果物質(zhì)的激發(fā)能ΔE對(duì)應(yīng)的吸收光的波長(zhǎng)在與此相應(yīng)的范圍內(nèi)，就能表現(xiàn)出顏色。在可見(jiàn)光波范圍內(nèi)的激化能最高相當(dāng)于：千焦耳/摩爾千焦耳/摩爾因此，只有在154~293千焦耳/摩爾能量范圍內(nèi)產(chǎn)生激發(fā)狀態(tài)的分子才是有色化合物。第25頁(yè)，共47頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)30分，星期五

對(duì)于染料來(lái)說(shuō)，主要是吸收波長(zhǎng)為380nm~780nm的可見(jiàn)光區(qū)，因此染料的第一激發(fā)態(tài)和基態(tài)之間能量間隔應(yīng)當(dāng)與此對(duì)應(yīng)。該能量間隔主要是由其分子中π電子運(yùn)動(dòng)所決定的。所以，染料分子一般都是具有大π鍵結(jié)構(gòu)。第26頁(yè)，共47頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)30分，星期五

我們也常?？吹皆跓艄庀挛矬w的顏色和在日光下顯出的顏色有所差異。這是因?yàn)槿嗽旃庠春腿展獾墓庾V成分不同，在日光燈下紅色總是顯得暗淡，在功率小的電燈光下，白色物體常帶有黃色?？梢?jiàn)物體的顏色除與本身結(jié)構(gòu)有關(guān)外，也與照射的光源有關(guān)。

重要概念：物質(zhì)的顏色不僅僅是由其結(jié)構(gòu)決定的，而且也受到光源的影響??！第27頁(yè)，共47頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)30分，星期五

紫外線被某些物質(zhì)吸收后，又將光線放射出來(lái)，卻呈現(xiàn)特殊現(xiàn)象，即這部分放射出來(lái)的光線的波長(zhǎng)比吸收的光線的波長(zhǎng)為長(zhǎng)。

利用熒光現(xiàn)象的染料有熒光增白劑、熒光染料等。

不少物質(zhì)能吸收紫外線而放出可見(jiàn)光線，因而呈現(xiàn)閃亮的光，稱熒光現(xiàn)象。能呈熒光現(xiàn)象的物質(zhì)稱熒光物質(zhì)。當(dāng)光源移去后該物質(zhì)的熒光現(xiàn)象亦停止。對(duì)于不可見(jiàn)光線不能按可見(jiàn)光的規(guī)律產(chǎn)生色的感覺(jué)。第28頁(yè)，共47頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)30分，星期五

能被激發(fā)出磷光的物質(zhì)如鈣、鋇、鋅的氯化物，堿土金屬的硫化物等。用鈣、鍶、鋇的硫化物與極少量放射性物質(zhì)混合涂在鐘表指針上，能發(fā)出磷光。

另一類物質(zhì)吸收紫外線后并不立即放出，即使光源移去以后還能放出一種暗綠色光，稱為磷光。第29頁(yè)，共47頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)30分，星期五

總之，白光被物體部分地吸收可見(jiàn)光譜部分是物質(zhì)呈現(xiàn)顏色的原因。

當(dāng)光線通過(guò)物體時(shí)可以完全被吸收，或者被減弱到一定程度。物體吸收光線，是吸收不同波長(zhǎng)的單色光。物體吸收光的波長(zhǎng)和吸收程度一般用分光光度計(jì)來(lái)測(cè)量。根據(jù)朗伯-比爾(Lambert-Beer)吸收定律，可用下式表示物體對(duì)某一波長(zhǎng)的光吸收的程度：第30頁(yè)，共47頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)30分，星期五第四節(jié)染料顏色和結(jié)構(gòu)的關(guān)系染料的分子體系能都應(yīng)有一個(gè)大π鍵結(jié)構(gòu)的發(fā)色體系。該體系可以吸收可見(jiàn)光，并且要求εmax應(yīng)在104~105之間。該體系一般由共軛雙鍵系統(tǒng)和在一定位置上的供電子共軛基團(tuán)，即所謂的助色團(tuán)所構(gòu)成。深色效應(yīng)：對(duì)物質(zhì)吸收光過(guò)程中，增加吸收波長(zhǎng)的效應(yīng)。淺色效應(yīng)：對(duì)物質(zhì)吸收光過(guò)程中，減少吸收波長(zhǎng)的效應(yīng)。濃色效應(yīng)：對(duì)物質(zhì)吸收光過(guò)程中，增加吸收強(qiáng)度的效應(yīng)。淡色效應(yīng)：對(duì)物質(zhì)吸收光過(guò)程中，降低吸收強(qiáng)度的效應(yīng)第31頁(yè)，共47頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)30分，星期五一、共軛雙鍵系統(tǒng)共軛多烯烴

H-(-CH=CH-)n-H（1）共軛體系的長(zhǎng)短對(duì)顏色的影響第32頁(yè)，共47頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)30分，星期五（2）稠合的芳環(huán)的數(shù)量對(duì)顏色的影響第33頁(yè)，共47頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)30分，星期五（3）共軛的偶氮基的數(shù)量對(duì)顏色的影響大部分的染料的共軛雙鍵系統(tǒng)是由偶氮基連接芳環(huán)構(gòu)成。偶氮基的增長(zhǎng)可使系統(tǒng)產(chǎn)生深色效應(yīng)。但是偶氮基團(tuán)超過(guò)兩個(gè)以后，深色效應(yīng)顯著降低。第34頁(yè)，共47頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)30分，星期五二、供電子基和吸電子基

共軛雙鍵系統(tǒng)中引入給電子取代基時(shí)，如氨基和羥基的孤對(duì)電子與共軛系統(tǒng)中的電子相互作用，減低了分子激化能，使顏色加深。吸電子取代基如硝基、碳基等在共軛雙鍵系統(tǒng)中吸引電子，也加深染料分子的顏色。黃色

橙色紅色紫色藍(lán)光紅第35頁(yè)，共47頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)30分，星期五

在染料分子共軛系統(tǒng)兩端同時(shí)存在給電子和吸電子取代基，深色作用更明顯，如黃色紅色黃λmax410nm紫λmax496nm第36頁(yè)，共47頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)30分，星期五供、吸電子基之間如果能生成氫鍵，則深色效應(yīng)更為顯著。第37頁(yè)，共47頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)30分，星期五染料分子中采用隔離基將兩個(gè)發(fā)色體系連接起來(lái)，互不干擾，而成為一個(gè)染料分子。實(shí)現(xiàn)分子內(nèi)拼色。自制含氟三嗪紅色活性染料第38頁(yè)，共47頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)30分，星期五

有機(jī)化合物分子中含有給電子或吸電子取代基，使分子發(fā)生離子化，能引起最高吸收移向長(zhǎng)波方向或短波方向。這種現(xiàn)象與介質(zhì)的性質(zhì)、取代基的性質(zhì)及其在共軛雙鍵系統(tǒng)中的位置有關(guān)。

在含有吸電子基的分子中，當(dāng)介質(zhì)的酸性增強(qiáng)時(shí)，分子轉(zhuǎn)