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颜色的化学

有色化学物质吸收光谱可见部分的电磁波。吸收的能量

导致分子电子能量的变化。电子从“基态”

变为“激发态”。

大多数跃迁不是由可见光引起的。许多吸收紫外线

辐射。吸收紫外线辐射的化学物质是无色的（除非它们发出荧光）。

有色化合物和无色化合物的分子在能量变化方面如下图所示

紫外线（右）和可见光吸收。

请记住，表观颜色是由吸收互补色光子引起的。A

蓝色化合物是蓝色的，因为它吸收黄光。

六边形有三种主要光色（RGB）及其互补色（CYM）。

生色团

具有与可见光相对应的激发态的化学结构称为

生色团。主要有两种类型

1. 过渡金属配合物。

过渡金属形成复杂离子——金属与小分子结合

或称为配体的阴离子。配体使金属离子的电子进入激发态

如果电子吸收可见光光子。

例如四氯合铜(II)离子和六水合铜(II)离子

过渡金属化合物的部分填充的 d 轨道在赋予颜色方面很重要

过渡金属配合物。见图（可以表示 V⁺²，Cr⁺³，

Mn⁺⁴ 等）

①. 在未络合的离子中，所有 d 轨道具有相同的能量。

②. 当配体包围离子时，配体的负电荷使 d 轨道

不稳定（能量更高）。

③. 关键是，配体将比其他配体更靠近某些 d 轨道。通常，

两个或三个轨道比其余轨道更不稳定。

一个处于较低 d 轨道的电子可以获得能量激发到较高

d 轨道

这种机制使过渡金属配合物能够吸收可见光光子。

2. 共轭/离域电子体系。

当单键和双键交替出现时，双键中的电子可以进入激发态

如果它们吸收可见光光子。例如 β-胡萝卜素（上图）有十个共轭 C=C 键

上图显示了共轭醛的激发能。n 是 C=C 的数量

共轭的双键。最简单的（n=1）是 CH₃-CH=CH-CH=O。

注意，激发能随着共轭键数的增加而降低。

n	波长（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

染料分子的生色团通常包含 >C=O 和 -N=N- 等不饱和基团，它们是

共轭键体系的一部分，通常涉及芳香环。金黄色素，一种

碱性染料，如下所示

金黄色素

注意 -N=N- 基团只是共轭体系的中心，该体系延伸到所有

十二个碳原子，包括七个双键。所有

偶氮染料都包含 -N=N- 排列。

助色团：连接到生色团的是两个 -NH₂ 基团，它们与

生色团相互作用以改变橙色。连接到生色团的一组原子，

修改该生色团吸收光的能力称为助色团。它们可以修改

或增强染料的颜色。示例：-OH，- NH₂，醛。

添加的官能团也可以

• 改变染料在水或其他溶剂中的溶解度。
• 将染料分子结合到布料、纸张或其他基材上。

活性红 6 既有有机（共轭体系）又有无机（复杂金属离子）生色团。

参考文献

elecuter 的颜色化学笔记。

另见

布里斯托尔大学的颜色化学笔记。