A-level 應用科學/顏色化學/顏色

顏色的化學

有色化學物質吸收光譜可見部分的電磁波。吸收的能量

導致分子電子能量的變化。電子從“基態”

變為“激發態”。

大多數躍遷不是由可見光引起的。許多吸收紫外線

輻射。吸收紫外線輻射的化學物質是無色的（除非它們發出熒光）。

有色化合物和無色化合物的分子在能量變化方面如下圖所示

紫外線（右）和可見光吸收。

請記住，表觀顏色是由吸收互補色光子引起的。A

藍色化合物是藍色的，因為它吸收黃光。

六邊形有三種主要光色（RGB）及其互補色（CYM）。

生色團

具有與可見光相對應的激發態的化學結構稱為

生色團。主要有兩種型別

1. 過渡金屬配合物。

過渡金屬形成複雜離子——金屬與小分子結合

或稱為配體的陰離子。配體使金屬離子的電子進入激發態

如果電子吸收可見光光子。

例如四氯合銅(II)離子和六水合銅(II)離子

過渡金屬化合物的部分填充的 d 軌道在賦予顏色方面很重要

過渡金屬配合物。見圖（可以表示 V⁺²，Cr⁺³，

Mn⁺⁴ 等）

①. 在未絡合的離子中，所有 d 軌道具有相同的能量。

②. 當配體包圍離子時，配體的負電荷使 d 軌道

不穩定（能量更高）。

③. 關鍵是，配體將比其他配體更靠近某些 d 軌道。通常，

兩個或三個軌道比其餘軌道更不穩定。

一個處於較低 d 軌道的電子可以獲得能量激發到較高

d 軌道

這種機制使過渡金屬配合物能夠吸收可見光光子。

2. 共軛/離域電子體系。

當單鍵和雙鍵交替出現時，雙鍵中的電子可以進入激發態

如果它們吸收可見光光子。例如 β-胡蘿蔔素（上圖）有十個共軛 C=C 鍵

上圖顯示了共軛醛的激發能。n 是 C=C 的數量

共軛的雙鍵。最簡單的（n=1）是 CH₃-CH=CH-CH=O。

注意，激發能隨著共軛鍵數的增加而降低。

n	波長（nm）	能量 (kJ mol−1)
1	220	544
2	270	443
3	312	384
4	343	349
5	370	324
6	393	305
7	415	289

染料分子的生色團通常包含 >C=O 和 -N=N- 等不飽和基團，它們是

共軛鍵體系的一部分，通常涉及芳香環。金黃色素，一種

鹼性染料，如下所示

金黃色素

注意 -N=N- 基團只是共軛體系的中心，該體系延伸到所有

十二個碳原子，包括七個雙鍵。所有

偶氮染料都包含 -N=N- 排列。

助色團：連線到生色團的是兩個 -NH₂ 基團，它們與

生色團相互作用以改變橙色。連線到生色團的一組原子，

修改該生色團吸收光的能力稱為助色團。它們可以修改

或增強染料的顏色。示例：-OH，- NH₂，醛。

新增的官能團也可以

• 改變染料在水或其他溶劑中的溶解度。
• 將染料分子結合到布料、紙張或其他基材上。

活性紅 6 既有有機（共軛體系）又有無機（複雜金屬離子）生色團。

參考文獻

elecuter 的顏色化學筆記。

另見

布里斯托爾大學的顏色化學筆記。