染料的顏色與結(jié)構(gòu)的關(guān)系課件

1、第二章 染料的顏色與結(jié)構(gòu)的關(guān)系 第一節(jié) 光和色的基本概念 第二節(jié) 染料的發(fā)色理論 第三節(jié) 染料分子結(jié)構(gòu)與顏色的關(guān)系 第四節(jié) 外界條件對吸收光譜的影響 第1頁，共17頁。第一節(jié) 光和色的基本概念 一、光的概念 可見光：波長范圍大約在380780nm的電磁波 電磁波：無線電波 紅外線 可見光 紫外線 X射線 射線 60000 780 380 100 0.1 nm 混色光：太陽光 第二章 染料的顏色與結(jié)構(gòu)的關(guān)系 返回第2章目錄紅外線可 見 光紫外線第2頁，共17頁。第一節(jié) 光和色的基本概念 不同波長的可見光的顏色及其互補色關(guān)系表：波長 nm 光譜色 互補色 380435 紫 黃綠435480 藍(lán) 黃

2、480490 藍(lán)綠 橙490500 綠藍(lán) 紅500560 綠 紅紫560580 黃綠 紫580595 黃 藍(lán)595605 橙 藍(lán)綠605780 紅 綠藍(lán)第二章 染料的顏色與結(jié)構(gòu)的關(guān)系 返回第2章目錄第3頁，共17頁。第一節(jié) 光和色的基本概念 二、關(guān)于物體顏色的概念物體的顏色：人眼感覺到的顏色是物體發(fā)出的可見光,或是物體對太陽光或另一光源發(fā)出的光部分地吸收后反射或透射出來的光的顏色。 色環(huán)： 第二章 染料的顏色與結(jié)構(gòu)的關(guān)系 返回第2章目錄第4頁，共17頁。第一節(jié) 光和色的基本概念 顏色的純度：物體對光線的吸收接近某一種波長，則物體的顏色純度就高。顏色的亮度：物體吸收可見光后，反射出來的光量多，則

3、物體的顏色亮度就大。 顏色的深淺：物體對可見光的最大吸收波長愈長，則色調(diào)愈深，最大吸收波長愈短，則顏色愈淺。 顏色的濃淡：物體的顏色的強度，用顏色的濃淡表示，它是物體吸收一定波長光線的量的多少。人們把能增加染料吸收波長的效應(yīng)稱為深色效應(yīng)，把增加染料吸收強度的效應(yīng)叫濃色效應(yīng)。反之，把降低吸收波長的效應(yīng)稱為淺色效應(yīng)，把降低吸收強度的效應(yīng)叫減色效應(yīng)。第二章 染料的顏色與結(jié)構(gòu)的關(guān)系 返回第2章目錄第5頁，共17頁。第二節(jié) 染料的發(fā)色理論 發(fā)色團(tuán)與助色團(tuán)理論：有機化合物結(jié)構(gòu)中至少需要有某些不飽和基團(tuán)存在時才能發(fā)色，這些基團(tuán)稱之為發(fā)色基團(tuán)，主要的發(fā)色基團(tuán)有-N=N-、=C=C=、-N=O、-NO2、=C=

4、O等。含有發(fā)色團(tuán)的分子稱為發(fā)色體或色原體。發(fā)色團(tuán)被引入的愈少，顏色愈淺；發(fā)色團(tuán)被引入的愈多，顏色愈深。主要的發(fā)色基團(tuán)有-N=N-、=C=C=、-N=O、-NO2、=C=O等。 有機化合物分子中還應(yīng)含有助色團(tuán)。助色團(tuán)是能加強發(fā)色團(tuán)的發(fā)色作用，并增加染料與被染物的結(jié)合力的各種基團(tuán) 。主要的助色團(tuán)有-NH2、-NHR、-NR2、-OH、-OR等。另外磺酸基(-SO3H)、羧基(-COOH)等為特殊的助色團(tuán)，它們對發(fā)色團(tuán)并無顯著影響，但可以使染料具有水溶性和對某些物質(zhì)具有染色能力。 一、早期發(fā)色理論 第二章 染料的顏色與結(jié)構(gòu)的關(guān)系 醌構(gòu)理論 ：染料之所以有顏色，是因為其分子中有醌結(jié)構(gòu)存在。醌型結(jié)構(gòu)可視

5、為分子的發(fā)色團(tuán)。 返回第2章目錄第6頁，共17頁。第二節(jié) 染料的發(fā)色理論 二、近代發(fā)色理論 物質(zhì)的顏色主要是由于物質(zhì)中的電子在可見光作用下發(fā)生*(或伴隨有n *)躍遷的結(jié)果。 電磁波都具有波粒二象性。即波動性和微粒性兩重性質(zhì)。光波的波長、頻率與光速C的關(guān)系為：C = 光速C = 31017nm/s光子的能量E與光的頻率的關(guān)系為：E = h= hC/ 普朗克常數(shù)h=6.6210-34 Js。 根據(jù)可見光(400760nm)范圍，一個染料分子內(nèi)部電子躍遷所需的激化能 最高為：E = hC/=4.9710-19 J 最低為：E = hC/=2.6110-19 J 染料在1.57105 2.99105

6、 Jmol-1能量范圍內(nèi)產(chǎn)生激化狀態(tài)的分子才有顏色。第二章 染料的顏色與結(jié)構(gòu)的關(guān)系 返回第2章目錄第7頁，共17頁。第三節(jié) 染料分子結(jié)構(gòu)與顏色的關(guān)系 一、共軛雙鍵系統(tǒng)與染料顏色的關(guān)系 深色效應(yīng)：染料的最大吸收波長max向長波方向移動。濃色效應(yīng)：染料的吸收強度max增大。染料分子的共軛雙鍵系統(tǒng)中共軛雙鍵越多，為深色效應(yīng)和濃色效應(yīng)。例如：第二章 染料的顏色與結(jié)構(gòu)的關(guān)系 最大吸收波長max 200 285 384吸收強度lgmax 3.65 3.75 3.8返回第2章目錄第8頁，共17頁。第三節(jié) 染料分子結(jié)構(gòu)與顏色的關(guān)系 第二章 染料的顏色與結(jié)構(gòu)的關(guān)系 可以看出共軛雙鍵越多，染料的顏色越深。 又如：

7、返回第2章目錄第9頁，共17頁。第三節(jié) 染料分子結(jié)構(gòu)與顏色的關(guān)系 二、染料分子的同平面性對顏色的影響 在共軛體系中，如果分子的平面結(jié)構(gòu)受到破壞，電子相互重疊的程度就會降低，這樣會影響光的吸收，產(chǎn)生淺色效應(yīng)。 例如：第二章 染料的顏色與結(jié)構(gòu)的關(guān)系 返回第2章目錄第10頁，共17頁。第三節(jié) 染料分子結(jié)構(gòu)與顏色的關(guān)系 如果有機化合物的共軛雙鍵系統(tǒng)被單鍵隔離，如：CH2、NH、NHCO、NHCONH、SO2、S等基團(tuán)，將共軛雙鍵系統(tǒng)分為兩個部分，從而使共軛雙鍵系統(tǒng)變短，而且由于圍繞單鍵的旋轉(zhuǎn)引起分子平面結(jié)構(gòu)的破壞，將導(dǎo)致淺色效應(yīng)。 共軛雙鍵系統(tǒng)被NHCONH隔離，染料的雙鍵數(shù)目雖多，但分子共軛雙鍵系統(tǒng)

8、中斷，染料為淺色。例如： 第二章 染料的顏色與結(jié)構(gòu)的關(guān)系 返回第2章目錄第11頁，共17頁。第三節(jié) 染料分子結(jié)構(gòu)與顏色的關(guān)系 三、共軛雙鍵系統(tǒng)上極性基團(tuán)對染料的顏色的影響 如果在染料共軛雙鍵系統(tǒng)上引入NO2、NO、N=N、=C=O、CN等具有吸電子性的發(fā)色團(tuán)或引入OH、OR、NHR、NR2、NH2等具有給電子性的助色團(tuán)，染料的最大吸收波長向長波方向移動，即深色效應(yīng)；而且染料的吸收強度也增大，即濃色效應(yīng)。若在染料共軛雙鍵系統(tǒng)上同時引入吸電子基和供電子基，則效應(yīng)更明顯。例如：第二章 染料的顏色與結(jié)構(gòu)的關(guān)系 返回第2章目錄第12頁，共17頁。 一、溶液的性質(zhì)的影響 有色有機化合物在溶劑極性大的情況下

9、，一般為深色效應(yīng)。因為一般*躍遷激發(fā)態(tài)在極性溶劑中比較穩(wěn)定，激發(fā)能較低。例如：苯酚藍(lán) 第四節(jié) 外界條件對吸收光譜的影響 第二章 染料的顏色與結(jié)構(gòu)的關(guān)系 分子的左邊是供電子基，右邊是吸電子基，激發(fā)時電子發(fā)生轉(zhuǎn)移。變成： 激發(fā)態(tài)在極性溶劑中比較穩(wěn)定，因而產(chǎn)生深色效應(yīng)。 同理，染料在纖維上的顏色也會因纖維極性不同而不同，一般來說，同一染料上染不同的纖維時，在極性高的纖維上呈深色效應(yīng)，在極性低的纖維上呈淺色效應(yīng)。如陽離子染料在滌綸上得色較在腈綸上淺。 返回第2章目錄第13頁，共17頁。第四節(jié) 外界條件對吸收光譜的影響 第二章 染料的顏色與結(jié)構(gòu)的關(guān)系 二、溶液的濃度的影響 當(dāng)染料溶液濃度很小時，染料在溶

10、液中以單分子狀態(tài)存在。如果加大溶液的濃度，會使溶質(zhì)分子聚集成為二聚體或多聚體，一般情況下，聚集態(tài)的分子電子流動性較低，會產(chǎn)生淺色效應(yīng)。 三、溫度的影響 溶液中溶質(zhì)的聚集傾向一般隨溫度的升高而降低，因此，提高溫度會產(chǎn)生深色效應(yīng)。某些有機化合物能隨溫度變化改變其分子結(jié)構(gòu)，具有熱變色性。例如：熱敏變色染料。 四、pH值的影響 有些有機化合物在溶液pH值改變時會發(fā)生變色。有些情況是由于共軛體系發(fā)生了變化，例如甲基橙在酸性溶液中呈腙式結(jié)構(gòu)，一端為強吸電子基，另一端為強供電子基，顏色由橙變紅：返回第2章目錄第14頁，共17頁。第四節(jié) 外界條件對吸收光譜的影響 第二章 染料的顏色與結(jié)構(gòu)的關(guān)系 有些有機化合物在溶液pH值改變時會發(fā)生離子化作用。有機化合物的吸電子基和供電子基發(fā)生離子化作用，由于介質(zhì)及取代基的性質(zhì)及取代基的位置不同，離子化后，可使顏色的深淺和吸收強度發(fā)生變化。 在堿性介質(zhì)中，中性的含有供電子基OH的有機化合物分子轉(zhuǎn)變?yōu)殛庪x子，供電子性質(zhì)顯著增強，也使色澤的深度和強度增加。例如： 返回第2章目錄第15頁，共17頁。第四節(jié) 外界條件對吸收光譜的影響 第二章 染料的顏色與結(jié)構(gòu)的關(guān)系 在酸性介質(zhì)中，含有供電子基NH2的