近代有机化合物发色理论

近代发色理论的基本论点是：一个有机化合物之所以具有颜色，是物质对于光选择吸收的结果，物质的颜色就是它所吸收的那部分波长光的颜色的补色。可见色和光是分不开的。

颜色是光线刺激了眼睛而在大脑中反映出来的一种主观感受。很早以前，麦克斯韦就提出光具有电磁波的特性。1905年，普朗克和爱因斯坦建立了一种与电磁辐射显然不同的微粒子理论。这种理论把光看成是一束不连续的能量粒子或光子流。因此人们知道，光既具有波动性又具有粒子性，即光具有波粒二象性。

光具有波动性，即光具有一定的波长和频率。可以用下式表示：

式中：λ——光的波长，nm，1nm＝10Å＝10-7cm；

C——光速，C＝3×108m／s；

ν——光的频率。

同时光具有粒子性，即光具有一定的能量。可以用下式表示：

光子的能量与波长成反比。可以表示如下：

式中：h——普朗克常数，h＝6.62×10-27erg／s＝1.57×10-37kJ／s，1cal＝4.184erg＝4.2J。

光是一种电磁波。电磁波包括γ射线、X射线、紫外线、可见光、红外线以及无线电波，可见光是波长为380～760nm之间的电磁波。人眼对于低于380nm和高于760nm之外的非可见光无任何反应。

太阳光是由不同波长的光组成的复色光。太阳是能够发光的自然光源，电灯、碳弧灯等则是人造光源。当一束太阳光穿过狭缝照射到一个玻璃棱镜上时，太阳光经过棱镜发生折射，在另一侧面放置的屏上形成一条彩色光带，排列的次序是：红、橙、黄、绿、青、蓝、紫，称为光谱。不同颜色的光具有不同的波长，不同波长的光具有不同的能量，即使是同一种颜色的光也是由不同波长不同能量光组成的复合光，这些光混合在一起就是人们看到的白色光。

众所周知，由于原子轨道的线性组合会形成能量较低的成键轨道和能量较高的反键轨道。即基态电子能级和激发态电子能级，每个电子能级又包括若干个振动能级，每个振动能级又包括若干个转动能级，每个能级的能量都是量子化的、非连续的。有机化合物一般都处于能量最低的基态能级，当吸收光能之后会引起电子的跃迁，跃迁到激发态能级，两个能级能量的差值也是量子化的、非连续的。由于各个染料分子中化学键的本质、电子的流动性以及分子基态至激发态的激发能各不相同，使得不同分子对光的吸收存在很大的差异。当分子中存在π电子或n电子时，电子就可以通过对光的吸收被激发到反键轨道上——从基态到激发态会产生一个能量差ΔE＝E1-E0，ΔE即为被染料分子选择吸收的能量，如图2-1所示。

只有那些能量与两个能级差相等的那部分波长的光子才可以被选择吸收，没有被吸收的那部分波长的光子混合反射出来呈现的颜色，就是人们所看到的物质颜色。可见物质的颜色就是它们对不同波长的光选择吸收所致，物质表现出来的颜色是被吸收光的颜色的补色。物质对光发生不同程度的选择吸收会呈现不同的颜色。

把被物质吸收的那部分波长光的颜色叫光谱色；没有被物质吸收的那部分波长光的颜色叫该光谱色的补色；光全部透过的物质颜色是无色；光全部被反射出来的物质颜色是白色；光全部被吸收的物质颜色为黑色；两种不同的颜色光混合在一起产生白光的现象叫互为补色现象，其中一种颜色为另一种颜色的补色。(www.xing528.com)

图2-1　电子跃迁能级谱图

如果把可见光的颜色按照波长的大小排成一个环，环中对角线的颜色互为补色，这个环叫作色环或色盘，如图2-2所示。

色环中互为对角线两种颜色的光就是互为补色的光。例如，一个黄色的物质吸收的是蓝色波段的光，而把其余波段的光反射出来，就是人们所看到的蓝颜色的补色即黄色。即物质的颜色就是它所吸收的那部分波长光的颜色的补色。

蓝光和黄光混合得到的是白色。绿色对应的是非光色谱红紫色，实际上它们是互补的，因为红光与紫光混合得到红紫色光线，再和绿色光混合，结果就是白光。用这种方式使光混合，随着光组分的增加，最后产生的有色光强度也呈现加和性，所以称之为“加法混合”。色环上任何一种颜色都可以由其相邻的两种颜色的光按照适当的比例混合得到。染料的三原色是红色、黄色和蓝色，任何一种颜色都可以由红、黄和蓝三种颜色经过一次、两次或更多次的拼混得到，如图2-3所示。

图2-2　色环

然而身边绝大多数颜色并不属于以上类型，它们是通过“减法混合”得到的。色环中互为对角线的两种颜色光混合会得到白色光。那么当将其中一种颜色的光去除，将看到的是剩余颜色的光，例如，如果用滤波片滤去日光中495nm的绿蓝光，视觉中感受到的是绿蓝光的补色——红光。

需要指出的是，常说的物质的颜色是指在日光下所呈现的颜色。其他光源下所看到的颜色与日光下看到的颜色是有差别的。

图2-3　染料的三原色及拼混