染料的颜色和结构精选课件.ppt

关于染料的颜色和结构
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第一节 引言
染料应当具备两大特性：
（1）具有各类颜色
（2）可以上染纤维
染料的颜色和染料分子本身结构有关，
也和照射在染料上光线的性质有关，
光线照射在不同结构的染料分子λ有关。
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三、吸收光谱曲线
以ε和可见光的波长λ作图，得到的光谱图，称为吸收光谱。横坐标：λ(nm)；纵坐标：ε。
从ε-λ图中可以得到物质的结构与其吸收 光谱的关系。可以代表某一物质的结构特性。
每种物质的吸收光谱在同一入射光下的谱图是不变的，但是相同的谱图不能一定证实结构。
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吸收带：有机有色物质对光的吸收有一宽的区域，形成一个吸收峰，称为吸收谱带，简称吸收带。
第一吸收带：波长最长的吸收带。
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最大吸收波长：每一吸收带都有一个与最高摩尔吸光度ε对应的波长，称为λmax； 与λmax相对应的ε为εmax。
积分吸收强度：整个吸收带的吸收采用积分吸收强度表示。
～
～
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第三节 吸收光谱曲线的量子概念
光是电磁波，具有波动性和微粒性（波粒两象性）。
光是由无数个具有不同能量的光量子组成的，光量子的能量与频率、波长之间的关系为：
对于时间的平均值，光表现为波动
对于时间的瞬间值，光表现为粒子性
h, 普朗克常数
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根据量子理论，原子和分子的能量是量子化的。
物质分子中，存在电子相对于原子核的运动，以及原子核间的相对振动和整个分子所存在的一定的转动。各运动状态都有相应的能量，分别为电子能级、振动能级、转动能级。
分子的能量状态称为分子能级。
各能级都是量子化的，分子能量为各运动状态能量之和：
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当分子处于不同状态时，所有这些能量都不是连续的，而是量子化的。分子处于不同状态时的能量，称为能级。能级之间的间隔就是它们之间的能级差。
分子能级示意图
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当分子的运动状态发生变化时，能级也随之发生变化。这种运动状态的变化叫做跃迁，电子运动状态的变化称为电子跃迁。在电子跃迁的同时，常常伴随着振动能级和转动能级的变化，因此，跃迁时总能量的变化应是三种能量变化之和。
在一般情况下，分子总是处于能量最低的电子状态，即最低电子能级，称为电子基态，简称基态。同样，在这种情况下，分子的振动能级和转动能级往往也处于最低能级状态，称为零振动能级和零转动能级。
电子跃迁时的能量变化也不是连续的，而是量子化的。
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当分子吸收某种能量后，分子中的电子从较低能级（基态）跃迁到较高能级，而使整个分子的能量升高，处于较高能量状态。通常把分子能量增高后的电子能态称为激发态，而把能量增高的过程称为激发。
基态和激发态之间的能级差称为激发能。由于一个分子具有很多不同的高能级状态，因此可以吸收不同的能量，达到不同能级的激发态。
能量最低的激发态称为第一激发态，随着能量的升高可以称为第二激发态，第三激发态等。一般来说第一激发态对于染料的颜色形成最为重要。
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根据能量守恒定律，物质在光的作用下，只有当物质分子中电子跃迁时的总能量变化等于相应光子能量时，该物质才可能吸收该能量的光子，产生跃迁。即跃迁所需能量应与电磁波中光量子的能量相一致。
上式把吸收光的波长λ与有色物质分子的激发能ΔE联系在一起，物质分子的激发能取决于物质分子结构，从而从本质上解释了物质选择性吸收可见光的原因。
举例：一个黄色的物质，其达到第一激发态的能量只能是波长为350-500之间的光才能提供，那就只能吸收 这部分光，而反射黄光。它无法吸收其他波长的光，而
显示别的颜色。
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在连续光谱中，某些光量子的能量被物质吸收后，就形成该物质的吸收光谱。
一般认为，可见光的波长范围在380～780nm之间，如果物质的激发能ΔE对应的吸收光的波长在与此相应的范围内，就能表现出颜色。
在可见光波范围内的激化能最高相当于：
千焦耳/摩尔
千焦耳/摩尔
因此，只有在154 ~ 293千焦耳/摩尔能量范围内产生激发状态的分子才是有色化合物。
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对于染料来说，主要是吸收波长为380nm~780nm的可见
光区，因此染料的第一激发态和基态之间能量间隔应当
与此对应。该能量间隔主要是由其分子中π电子运动所
决定的。所以，染料分子一般都是具有大π键结构。
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我们也常常看到在灯光下物体的颜色和在日光 下显出的颜色有所差异。这是因为人造光源和日光的光谱成