染料的颜色与结构的关系ppt课件

颜色与染料结构的关系，张小丽，本章的主要内容，第1节的介绍，第2节的吸收现象，第3节的吸收光谱曲线，第4节的吸收光谱曲线的量子概念，第5节的颜色与染料结构的关系，外部条件对吸收光谱的影响，本章的任务是解释：染料对光的吸收现象，吸收现象的量子概念和染料颜色与结构的一般关系。这里所谓的染料颜色通常指染料的稀溶液吸收特性，即当染料处于分子分散状态时的吸收特性。由于不同的聚集态或晶体结构，相同的染料显示不同的颜色。为什么物体有颜色？为什么染料有颜色？2.染料和颜色的共轭体系之间有什么关系？3.哪些组会加深颜色？哪些群体会消失？哪些小组有助于头发颜色的发展？4.如何解释染料的吸收？从吸收光谱曲线可以获得染料的哪些颜色信息？发色团通常指那些能吸收波长为200-1000纳米电磁波的基团。事实上，染料需要结构中能吸收可见光(380 780纳米)的基团。它们的分子结构需要一个由几个共轭双键组成的共轭体系。发色团：指给电子基团，如- NH2、- NHR、- NR2、-OH、-OR等。附着在共轭体系上。第2节吸收现象和吸收光谱曲线1。颜色和吸收染料的颜色是它们吸收的光波颜色(光谱颜色)的补色，并且是它们对光的吸收特性的视觉反射。染料分子的颜色和结构之间的关系实质上是染料分子的光吸收特性和它们的结构之间的关系。单色光(单色光是波长间隔小的光，严格地说是由单一波长的光波组成的光)的吸收强度与溶液浓度和液体层厚度之间的关系遵循兰伯特-比尔定律：a=LGI0/I=CL，其中A是光密度，I0是入射光的强度，I是透射光的强度，C是溶液的浓度，L是光程，并且是摩尔吸收系数。寻求：上染百分率，上染率，研究染色动力学。3、吸收光谱曲线，从染料的吸收光谱曲线可以得到一些重要的分析数据。最大吸收波长max曲线的峰值决定了染料颜色的色调。最大摩尔吸光度max对应于Amax，它决定了染料颜色的色度。吸收带宽V对应于，它决定染料颜色的亮度(纯度)。根据吸收光谱，颜色的深度描述如下：吸收光的波长越长，颜色越深，吸收光的波长越短，颜色越浅。光波从长到短的顺序是红色、橙色、黄色、绿色、绿色、蓝色和紫色，对应的补色顺序是绿色(蓝色、绿色、蓝色、紫色、红色、橙色和黄色，这是颜色从深到浅的顺序。在第三节，吸收光谱曲线的量子概念，1。光的量子理论光是一种具有波和粒子二象性的电磁波。它的波动频率与光速成正比，与波长成反比。=C/(波)光具有粒子特性。它的能量发射、传播和转移不是连续的，而是量子化的，以能量粒子光子为最小单位。光子的能量与光的频率成正比。E=h(粒子)，其中e是光子的能量，h是普朗克常数(6.625610-27尔格，勒格斯=110-7J)。根据量子理论，原子和分子的能量是量子化的。在物质分子中，存在着电子相对于原子核的运动，以及原子核之间的相对振动和整个分子的某种旋转。每种运动状态都有相应的能量，即电子能级、振动能级和转动能级。分子的能量状态称为分子能级。每个能级都是量子化的，分子能量是每个运动状态的能量之和。e=E1-E0，e=ee e v er，基态，激发态，激发，这个能级间隔的大小主要由价电子激活所需的能量决定，尽管它包括振动能和转动能的变化。分子能级图，从上面可以看出，激发态和基态之间的能级间隔越小，吸收光波的波长越大，并且吸收频率与此成反比。作为染料，它们的主要吸收波长应该在380-780纳米的范围内。染料激发态和基态之间的能级间隔E必须适应于此。一般有机分子中的价电子、电子与键、电子与键以及n电子不共享电子对的过渡类型。就有机化合物而言，吸收可见光的能级间隔由分子中电子的运动状态决定。吸收强度和选择定律在光谱学中，人们使用跃迁矩来估计吸收强度。据估计，许多具有共轭结构的有机化合物的吸收max可以达到105个数量级。人们称马克斯的小转变为“禁止”，而马克斯的大转变为“允许”。max指数低于102的人被认为是“被禁止的”。所谓的“允许”过渡，有一定的过渡时刻，需要一定的条件，这就是所谓的选举法。瞬态偶极矩，1。禁止具有相同对称性的分子轨道之间的跃迁，允许具有相反对称性的轨道之间的跃迁。图1，3-丁二烯的分子轨道。2、自旋选择定律在无外磁场和其他因素作用下，禁止状态数变化的跃迁，允许状态数恒定的跃迁。图中每个状态的电子自旋方向，第四种染料的颜色与结构的关系，作为染料，它们的主要吸收波长应该在可见光范围内，吸收强度max一般为104 105；染料对可见光的吸收特性主要由分子中的电子运动状态决定。为了具有上述吸收特性，染料分子结构中必须有一个发色体系。这种发色体系通常由共轭双键体系和位于某一位置的给电子共轭基团组成，即所谓的发色团。除了给电子共轭基团外，还有许多吸电子基团。还有一些染料(很少)在其发色体系中没有所谓的发色团。一般来说，在共轭双键系统中，共轭双键越长， *跃迁所需的能量越低，被选择性吸收的光的波长越长，在同系物中产生不同程度的深色和浓色效应。偶数交替碳氢化合物分子轨道的能级，例如。更多染料的共轭双键系统由连接在芳环上的偶氮基团组成。例如，偶氮基团生长共轭体系产生深色效果，但超过两个后，深色效果显著降低。例如，(nm)n=0385(在乙醇中)n=1416(在苯中)n=2428(在苯中)，2.给电子基团和吸电子基团位于共轭体系的两端。如果极性基团(吸电子基团和给电子基团)存在，分子的极性会增加，电子的离域会增强，从而降低分子的活化能，使吸收光谱向长波方向移动，导致颜色加深。如果共轭体系的一端与吸电子基团连接，另一端与给电子基团连接，则吸收波长向长波方向移动。如果给电子基团和吸电子基团之间能形成氢键，深色效应就更明显。例如，蒽醌的1位氨基的深色效应比2位强。分子吸收的各向异性和分子吸收光的空间障碍是方向性的。这可以通过米氏蓝和孔雀石绿的吸收来说明。孔雀石绿的共轭体系有两个向不同方向延伸的共轭轴。共轭轴之一是相对的只有当分子的整个共轭体系中的原子和自由基在同一平面上时，才能显示出最大共轭效应。因此，整个共轭体系中的电子云可以最大程度地叠加。如果分子平面受到不同程度的损伤，电子云的叠加程度将降低，电子的离域程度将降低，这将增加活化能，使吸收光谱向短波方向移动，产生光色效应，同时吸收系数往往会降低。在染料合成中，有时使用所谓的间隔基方法将两个发色体系连接在一起而不相互干扰，以形成染料分子，从而获得绿色、棕色或其他颜色。常用的垫片有：当染料共轭体系中的原子或原子团与金属离子形成价键时，它们的电子云分布发生显著变化，从而极大地影响共轭体系中电子的迁移率，并引起染料颜色的变化。4。染料内部络合物的形成，染料和金属离子形成内部络合物后，颜色通常会加深和变暗；同一种染料与不同的金属离子形成络合物时，颜色不同，这是因为不同的金属离子对共轭体系中的电子有不同的影响。如果内部复合物的形成不影响共轭体系的电子云，颜色将不会显著改变。第5节外部条件对吸收光谱的影响吸收光谱曲线的测定通常在稀溶液中进行。溶剂的性质、溶液的浓度和温度都会影响吸收光谱。由于分子间的相互作用，染料在溶液中的吸收光谱随其分子所处的条件而变化。固态的吸收比溶液的吸收更复杂。染料的结晶状态、晶体颗粒的细度和它们的分布会影响它们的吸收特性和散射，从而使颜色不同。在介质酸碱性的影响下，染料在介质中电离产生电荷，从而增强共轭体系中给电子基团的给电子性或吸电子基团的吸电子性，促使共轭体系中的电子更加活跃，活化能更小，吸收光谱向长波方向移动，具有深色效果。例如，在碱性介质中，羟基变成负氧离子，这增强了发色团的给电子性，并显示出深色效果。相反，如果电离导致给电子基团的给电子能力损失，吸收光谱向短波方向移动，导致光色效应。如果电荷的出现能改变化合物的结构，它的颜色也会改变。这些染料对溶液的酸碱度很敏感，可用作酸碱度指示剂。染料的吸收光谱与处于蒸汽状态的染料的吸收光谱相同。然而，在极性溶剂中，染料溶液的颜色是加深还是变浅取决于染料结构。一般有两种类型：染料分子的基态极性小于激发态极性溶剂的基态极性，这使得激发态比基态更稳定，降低了活化能，并使吸收光谱向长波方向移动，从而产生深色效应。(2)染料分子基态的极性大于激发态的极性。由于基态的极性大于激发态的极性，所以在极性较大的水中，基态的偶极距离增加，即，当基态变得更稳定时，极性增加。转换到激发态所需的激发能量较大，导致光色效应。，,“酚蓝”分子在右边有一个吸电子基团，在左边有一个给电子基团。激活时，电荷转移。它的激发态可以写成如下公式：它在极性溶剂中相对稳定，从而产生深色效果。其在不同溶剂和溶剂中的最大吸收如下表所示：固体介质中的染料，例如塑料、各种纤维以及液体中的染料，显示出吸收光谱的不同位移，即颜色变化。一般来说，染料的颜色在高极性的纤维上通常较深，在f上较浅染料浓度对颜色的影响。当染料浓度很小时，染料主要以单分子状态分散在溶液中。浓度增加后，由于范德华力和氢键，染料分子聚集。聚集分子的电子激发能必须补充能量以克服范德华力和氢键。染料的吸收波长向短波方向移动，在染料溶液中产生浅色效果。注意：不要混淆我们日常生活中提到的颜色深度。当染料溶液，尤其是水溶液的浓度超过一定限度时，会发生分子间聚集，导致吸收光谱曲线发生变化。例如，浓度分别为10-6m和10-2m的吖啶橙水溶液的吸收光谱曲线如图所示。温度对染料颜色的影响，一般来说，当温度升高时，缔合分子解聚或降低缔合程度，这相当于稀释较浓的溶液，伴有轻微的深色效应或强烈的颜色效应。一些染料，如偶氮染料、硫代靛蓝染料和对称二苯基乙烯染料，可以以两种几何异构体(顺式和反式)存在。一般来说，反式在室温下稳定性较大，而在一定能量的光照射下，反式逐渐转变为顺式，反式和顺式的吸收光谱不同。当顺式结构在光的作用下逐渐增加时，染料的颜色也逐渐变化。当光源被移除时，顺式结构返回到反式结构，并且颜色也可以逐渐恢复。这种现象，暴露在