比色計對物質(zhì)顏色的對比及研究
物質(zhì)的顏色，我們從剛開始的物質(zhì)，到后來的慢慢的認識，經(jīng)歷了很多的過程，無論在理論上還是在實踐上都是一個重要的問題，這種對物質(zhì)顏色的研究，也為我們帶來了很多的便利，諸如隱形飛機的研究就是利用物質(zhì)顏色的原理。在普通化學、無機化學和分析化學的數(shù)學中也經(jīng)常接觸無機物的顏色。本文借助比色計對物質(zhì)進行比色測量，然后對物質(zhì)顏色的產(chǎn)生特點，物質(zhì)頗色與結(jié)構(gòu)的關系以及無機物顏色的規(guī)律進行對比研究和討論。
物質(zhì)的顏色和光是密切聯(lián)系的�？梢姽馐遣ㄩL為400nm—760nm的電磁波，不同波長的可見光作用于人的肉眼，其視覺反映的顏色感覺是不相同的�？梢姽庵�，各種不同波長的光線反映的顏色稱為光譜色，當不同波長的光線同時照射物質(zhì)時，如完全反射，則該物質(zhì)為白色;如完全吸收，則該物質(zhì)為黑色。只有當物質(zhì)選擇吸收可見光線中某一波段的光線，反射其余各波段的光線，物質(zhì)才是有色的。所以，化合物顯色的原因在于它吸收并反射可見光。顏色與物質(zhì)的結(jié)構(gòu)也是密切聯(lián)系的。物質(zhì)吸收光時，化合物的電子在可見光譜中相應能量的光量子的作用下被激發(fā)，它的電子能態(tài)和基態(tài)間的能量差就是所吸收的相應光量子的能量。物質(zhì)不僅能吸收可見光中具有一定波長的光而本身被激發(fā)。而且能散射(向各個不同的方向反射)其他波長的光，其中散射的顯色的光，就是被吸收的光的顏色的補色光。物質(zhì)吸收光的顏色與顯色的關系見表1。例如，HgS吸收紫光和藍光，它所顯示的顏色就是它們的補色，即黃綠色。因此，只要化合物的電子的基態(tài)和激發(fā)態(tài)之間的能量差在可見光的能量范圍內(nèi)，物質(zhì)就能顯色。兩個能態(tài)的能量差愈小，吸收頻率愈低(波長愈長)的光，呈現(xiàn)的顏色就愈深，反之愈淺。如果兩個能態(tài)的能量差大于可見光的能量，那么，電子由于不能被可見光激發(fā)，物質(zhì)就不呈現(xiàn)顏色。
羅維朋比色計進行比色結(jié)果證明，物質(zhì)是否顯色，決定于物質(zhì)能否吸收可見光;而物質(zhì)顯什么顏色，決定于它們的結(jié)構(gòu)，即決定于基態(tài)和激發(fā)態(tài)的能量差;而顏色的強度則決定于能級躍遷的幾率和能級退化性的數(shù)目。
前面僅談了物質(zhì)顯色的原因，那么物質(zhì)顯色的規(guī)律又是怎樣呢?為此，我們深入到物質(zhì)的結(jié)構(gòu)，討論其顯色的規(guī)律。大多數(shù)過渡元素配合物是有顏色的，這是因為在配位體場的影響下，過渡金屬離子的d軌道發(fā)生了分裂所引起的。對于電子構(gòu)型不飽滿的金屬離子，在吸收了一部分光能后，就可以使未成對的電子從低能級的d軌道向高能級的d軌道躍遷，即所謂的d—d躍遷，相當于可見光的波長。作為經(jīng)驗規(guī)則:d—d躍遷往往得出淺色，而荷移躍遷則得深色。離子極化對無機化合物的顏色有很大影響，它總是加深化合物的顏色。極化程度愈大，顏色變得愈深。因為離子極化使體系趨于更穩(wěn)定，能量較高的電子激發(fā)態(tài)和能量較低的電子的基態(tài)都由于極化而降低勢能。然而能量較高的激發(fā)態(tài)軌道半徑較大，其極化率也就相應較大，極化對激發(fā)態(tài)的影響比起基態(tài)顯得更大，使之降低的能量比基態(tài)大得多。因此，離子極化的總效應使激發(fā)態(tài)與基態(tài)更加接近，它們之間的能量差減小，故物質(zhì)對光的特征吸收就隨著極化作用的加強而向較長波段移動，致使顏色逐步加深。一般說來，比較測色儀顯示，離子若無顏色，則所生成的化合物往往也是無色的，離子若有顏色，它的化合物就會有顏色。但常常也有這樣的現(xiàn)象，無色離子構(gòu)成了有色化合物，如無色的Ag+和無色的I—離子生成了黃色的AgI，這是由于離子極化所造成的。這就與陽離子的極化力和陰離子的變形性有關。
最后應當指出，影響無機化合物顏色的因素是比較復雜的，而且影響因素也很多。如物質(zhì)的聚集狀態(tài)、分散度、溫度、溶解度和微量雜質(zhì)存在等都會影響物質(zhì)的顏色。
