.1.2发色的化学机理和色料2012.ppt

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1、教四225©2012.03材料化学第一章光学材料1.2发色的化学机理和色料教四225©2012.03材料化学1.2发色的化学机理和色料一、原子激发和分子振动1.原子中电子激发跃迁当一块固体物质加热时，物质不仅热辐射增加，而且辐射中短波成分相对增加，逐渐地变红发光。表2加热温度和热辐射的颜色温度/℃＜700700170025004500＞10000颜色黑色红色橙色黄色白色蓝白色教四225©2012.03材料化学气态原子或分子受到激发，电子由基态跃迁到激发态。在激发态不稳定又返回基态并发射出光。当燃烧的物质中含有钠原子，受激至高能态再返回基态时发出波长为589.6

2、和589.0nm的黄光，火焰呈黄色。原子中电子激发跃迁表3火焰的颜色元素颜色发射波长/nm锂深红601，671钠黄589钾紫405，767钙橙红423，559，616锶紫红408，461，606，687钡黄绿487，514，543，553，578Li一些金属的焰色KCsRbNa一些金属的焰色CaBaSrCu教四225©2012.03材料化学利用原子中电子跃迁发射出不同颜色的光，在化学中可通过焰色识别化学成分。若定量地测定波长和强度的分布，则发展成原子发射光谱分析。利用原子发射光的颜色，可制造色彩绚丽的焰火，增添节日的喜庆气氛。原子中电子激发跃迁原子发射光谱分析

3、色彩绚丽的焰火WHYISWATERBLUE?J.Chem.Edu.,1993,70(8),612教四225©2012.03材料化学分子中原子间的振动会导致颜色的出现。例如水和冰中，分子之间有氢键连接。水的吸收光谱是很复杂的，在红外区域有一系列强吸收带，在接近可见光区域，很快减弱，但仍有吸收，这种红色吸收的余色为蓝色。清澈见底的深水显淡蓝色，纯净的大块冰的颜色也是淡蓝的。和双原子分子的振动和转动有关的吸收，也会出现颜色，例如氯气的绿色和碘蒸气的紫色。分子的振动和转动教四225©2012.03材料化学WHYISWATERBLUE?Thebentwatermolec

4、uleH2Ointhefreestatehasthreefundamentalvibrations:(a)thesymmetricalstretch,(b)thesymmetricalbend,(c)theantisymmetricalbend.教四225©2012.03材料化学教四225©2012.03材料化学教四225©2012.03材料化学阿根廷冰川国家公园Thebluegreenlightofnaturalgasburningonakitchenburneremittedbyanoxygen-richgasflameasseenonakitchen

5、rangealsoinvolvessuchcombinationvibrational,rotational,andelectronicexcitationsintheunstablemoleculesCHandC2.教四225©2012.03材料化学色彩绚丽的矿石、宝石、涂料和颜料等，其中许多是由过渡金属化合物形成的。在化合物中，过渡金属离子处于不同的配位场，由于配位的几何形式不同、配位场的强弱不同，d轨道或f轨道能级分裂的状况以及能级中电子的排布不一样，电子在能级间跃迁所产生的颜色就有差别。同样一种元素的原子，在不同条件下产生不同的颜色。过渡金属原子能级在

6、配位场中的变化Al2O3Cr2O3红宝石教四225©2012.03材料化学例如，Cr2O3呈绿色，当把少量Cr2O3掺入刚玉（Al2O3，白色粉末）中，由于Cr2O3和Al2O3结构相似，Cr3+置换Al3+时，Cr3+周围6个O原子的配位不变，但因为Al3+比Cr3+略小一点，配位场强弱产生变化，呈现了红色，称为红宝石。通常将这种掺Cr3+的刚玉用化学式Al2O3：Cr3+表示。过渡金属原子能级在配位场中的变化教四225©2012.03材料化学刚玉刚玉的化学成分为Al2O3，可含微量的Fe、Ti或Cr等元素，晶体属三方晶系的氧化物矿物。晶体一般为蓝灰、黄灰、

7、红和绿色，含少量的铬呈红色，含少量的铁和钛呈蓝色，红宝石和蓝宝石是透明的红色和蓝色宝石级刚玉的别称。单晶多呈桶状双锥形，或双锥与底板面的聚形，较少为厚板状，晶面上常有斜纹或横纹。集合体呈粒状或致密块状。玻璃光泽，无解理，裂理发育，摩氏硬度9，比重3.98。　　刚玉常世界著名产地有俄国的乌拉尔山脉、南非的德兰士瓦、加拿大的安大略、土耳其的士麦那、希腊的纳克索斯。而宝石级的砂矿刚玉主要产于缅甸、斯里兰卡、泰国、坦桑尼亚、美国蒙大拿州。　　刚玉可作为研磨材料及制造精密仪器的轴承，颜色鲜艳透明者可作贵重宝石，如红宝石、蓝宝石等。红宝石红宝石的英文名称为Ruby，源

8、于拉丁文Ruber，意思是红色。红宝石