顏色化學簡單能級躍遷產(chǎn)生顏色分子結(jié)構(gòu)狀態(tài)與振動與轉(zhuǎn)動躍遷產(chǎn)生顏色PPT課件

1、2. 白熾光源(1) .燭光蠟的主要成分是硬脂酸 (C17H35COOH)與蜜蠟的混合物。燭心處不完全燃燒，產(chǎn)生直徑30nm的碳粒子，外焰燃燒的熱使其變?yōu)榘谉耄l(fā)射出黃色的燭光，最終產(chǎn)物是CO2 與H2 O。第1頁/共37頁（2）煤氣燈（3）電石燈（4）石灰光 1816年發(fā)現(xiàn)，當石灰受熾熱火焰的加熱時，會發(fā)射出非常輝煌的光。（5）白熾燈 1878年Edison與Swan幾乎同時發(fā)明，鎢具有高熔點（3380 0C）和很低的蒸發(fā)率，摻入少量硅、鋁、鉀等可增加燈絲韌度。第2頁/共37頁（6）水晶-鹵素燈燈泡由石英制成，充滿惰性氣體，加入少量溴或碘。鹵素氣體在燈泡較冷的區(qū)域同蒸發(fā)出來的鎢反應(yīng)，把鎢遷回

2、燈絲最細部分，使鎢沉積，燈絲恢復均勻的厚度，增加壽命并使產(chǎn)生的光更接近白光。第3頁/共37頁3.1.3 色溫的概念與應(yīng)用彩色感覺既決定于人眼對可見光譜中的不同成分有不同的視覺功能,又決定于光源所含的光譜成分以及景物反射和吸收其中某些成分的特性。為便于比較光源的光譜成分和進行色度計算，引入“色溫”的概念。第4頁/共37頁1.色溫的定義:某一光源輻射的光，與某一特定溫度下黑體輻射的光具有相同的特性，則絕對黑體的這一特定溫度就定義為該光源的色溫。色溫表示光源的色光成分。色溫越低，光線越帶紅色，色溫越高，光線越帶藍色。色溫的單位是絕對溫度K。第5頁/共37頁2. 色溫的性質(zhì):色溫用來描述光源的光輻射特

3、性 , 或光源的色光成分。光譜成分影響物體的顏色卻不是描述物體的顏色。色溫表示的是光源的色光成分,而不是光源本身的實際溫度。太陽的色溫不是恒定的，其表面溫度達5700 0C，早晨色溫約2000K，上午10時和下午4時色溫約4800K，正午接近6000K。第6頁/共37頁3. 影響色溫的因素(1)輻射物體的溫度溫度越高,輻射物體的高頻色光成分越多.(2)輻射物體自身的特性輻射物體的種類、結(jié)構(gòu)、性能不同，輻射光的情況差別很大。第7頁/共37頁4. 色溫校正校正色溫一般用濾光鏡。提高色溫,用藍色濾光鏡;降低色溫,用黃色或橙色濾光鏡。其他: （1）棕鏡:能更好地突出日出和黃昏的氣氛，產(chǎn)生奇妙的藝術(shù)效果

4、。 （2）增強鏡拍攝紅花、秋天的紅葉時使用，會使圖象產(chǎn)生嬌艷、迷人的色感。 （3）珊瑚色鏡主要用途是改善人物的膚色， 第8頁/共37頁3.2 原子中簡單激發(fā)產(chǎn)生的顏色原子中電子能級之間躍遷產(chǎn)生光的概念,是氣體激發(fā)產(chǎn)生顏色的核心。3.2.1 原子光譜簡介1. 原子光譜是獲得原子中電子層結(jié)構(gòu)的重要手段。2. 躍遷選率原子受激發(fā),并非任何兩個能級之間都可以發(fā)生躍遷, 根據(jù)原子光譜項,要滿足一定的選律:第9頁/共37頁3.2.2 氣體放電與相關(guān)顏色 1. 氣體放電 18世紀發(fā)現(xiàn),氣壓計中水銀柱上方的真空區(qū)域能看到綠色輝光,這是水銀蒸汽原子產(chǎn)生的靜電激發(fā)、放電； 1835年Faraday，1860年Ge

5、issler都發(fā)現(xiàn)：接近真空的管子中有電導并發(fā)光，顏色取決于管中殘余氣體的性質(zhì)。第10頁/共37頁2.廣告霓虹燈稀有氣體放電1910年,法國人Claode把Geissler管發(fā)展成氖管,中心區(qū)域很窄以限制其放電并增加亮度。 第11頁/共37頁氖或 氖與少量氬產(chǎn)生紅光；氬或氬與水銀產(chǎn)生藍光；氦產(chǎn)生黃光氪產(chǎn)生淺紫光 價格昂貴氙產(chǎn)生藍 利用有色燈泡,還可以改變顏色。第12頁/共37頁3. 稀土鹵化物燈燈泡內(nèi)除放電氣體外還有稀土碘化物,如鏑鈥碘化物(稱鏑鈥燈).氣體高壓放電時,碘化物分解出鏑、鈥原子并被激發(fā)至高能態(tài)，返回基態(tài)是發(fā)出各種顏色的光，這些光的組合構(gòu)成了接近日光的燈光，光效高，傳色性能好，用于

6、外景拍攝及大面積照明。第13頁/共37頁4. 金屬蒸汽燈(1) 鈉蒸汽燈鈉光中一半為黃色.加入少量氖氣,氣體放電,促使鈉氣化鈉燈的顏色從氖的粉紅變?yōu)殁c的黃色,增加鈉的溫度與壓力,使用氧化鋁管,可得到近于白色的光。(2)水銀蒸汽燈純水銀燈發(fā)出黃、綠、紫光，不可見紫外線幾乎占總發(fā)射量的50%，改善方法是燈內(nèi)涂以磷光體，使其吸收紫光與紫外光，并轉(zhuǎn)變成可見光。第14頁/共37頁3.2.3 太陽光譜中的Fraunhofer譜線 太陽是光的發(fā)射體，太陽輸出的能量最初始的起源在太陽內(nèi)部。 太陽每秒鐘的輻射能是3.8 1026J,相當于6.1 108噸的氫原子核參加的核聚變反應(yīng)(太陽的總質(zhì)量是1.99 102

7、7噸)。 1000克氫原子核完全參加聚變反應(yīng)釋放能量為6.3 1014J,相當于把150萬噸0 0C的水加熱到100 0C所需的熱能。第15頁/共37頁 1814年，F(xiàn)raunhofer用窄的縫隙仔細研究了太陽的光譜，發(fā)現(xiàn)一些細銳的暗線，即太陽的某些光被吸收掉了。 太陽發(fā)射的輻射能應(yīng)是連續(xù)光譜，通過氣態(tài)物質(zhì)時，由于特征吸收產(chǎn)生了暗線，稱為 Fraunhofer譜線。暗線對應(yīng)的是某些物質(zhì)特定能級間的躍遷。 最早發(fā)現(xiàn)的是D1，D2譜線，相當于鈉的黃色譜線,即鈉原子3P（2P1/2，2P3/2）3S（2S1/2)發(fā)生的躍遷。第16頁/共37頁 以這種方式，在太陽表面已識別出60多種元素。 1868年

8、日食時刻，發(fā)現(xiàn)黃色D3譜線，它不是鈉的躍遷，也不是已知元素的譜線，是一種新的元素氦。 物理學家分析光譜、光譜線，可以得到光源處物質(zhì)的溫度、密度、化學成分、磁場，獲取光源物質(zhì)運動的信息。 日食時，F(xiàn)raunhofer譜線以明亮譜線出現(xiàn)。第17頁/共37頁3.2.4 太陽色球與日冕 色球?qū)邮翘柎髿獾闹袑?，日冕是太陽最外面的大氣?日冕氣體是磁化的高溫等離子體。 太陽色球?qū)幼顝姷妮椛涫牵?氫原子發(fā)射的波長為656.28nm的紅光,稱色球的H 譜線輻射; 發(fā)射深紫光的是鈣電離393.37nm的K譜線;和波長396.85nmH譜線.第18頁/共37頁 與日冕對應(yīng)的譜線主要是: 鐵、鈣、鎳等原子失去91

9、4個電子成為高次電離離子之后發(fā)射的，最亮的是： 鐵原子第13次電離(失13個電子)波長530.3nm的綠線; 其次是鐵原子第9次電離,波長為637.4nm的紅線; 還有波長為596.4nm的黃線。第19頁/共37頁3.2.5 太陽風和極光 由于日冕的高溫,太陽的重力不足以把日冕氣體吸引在太陽周圍,形成靜止的大氣層,于是日冕氣體要連續(xù)地向外膨脹,成為太陽風。 太陽風主要由電子和質(zhì)子組成,也含有一些離子。 南北極附近有極光發(fā)生,呈壯觀的光弧,帶狀或帷幕狀,長度為幾千公里,高度幾至幾百公里,厚度只有幾百米,出現(xiàn)在海拔100到1000公里的高度。第20頁/共37頁 最常觀察到的極光的顏色是幾種深淺不同

10、的紅色、淡綠色、黃色與極淺的綠色。 具有1000到10000eV能量的電子與高達100000eV的質(zhì)子，沿地球磁場向北極或南極螺旋式前進。 它們同大氣高處的氣體原子與分子發(fā)生相互作用，碰撞使氮分子、氧分子、氧原子受到激發(fā)與電離，產(chǎn)生激發(fā)態(tài)的原子或分子，發(fā)射出多種顏色的光。第21頁/共37頁 氮分子N2同電子碰撞，形成激發(fā)態(tài)的氮分子離子，釋放出來高能的電子，N2+不穩(wěn)定，易結(jié)合電子發(fā)出紫外光，紫光與藍光： N2 + e- N2+ + e- +e- * N2+ + e- N2* + 光 被激發(fā)的N2*變成普通氮分子，同時發(fā)出粉紅色光： N2* N2 + 光 第22頁/共37頁 高能電子使氧原子處于

11、激發(fā)態(tài)，退激時發(fā)出淺綠色或深紅色的光： O + e- * O* + e- O* O + 光第23頁/共37頁3.2.6元素的特征焰色 鹽酸與鹽類的粉末反應(yīng)生成氯化物,在火焰上很容易蒸發(fā),并被激發(fā)到高能態(tài)上,在返回基態(tài)時,一些元素便發(fā)射出 特征焰色。 可用于煙花制作。第24頁/共37頁4分子的結(jié)構(gòu)狀態(tài)與振動與轉(zhuǎn)動躍遷產(chǎn)生顏色4.1分子光譜簡介1. 分子光譜類型(1)電子光譜由分子中價電子的躍遷產(chǎn)生的光譜稱之為電子光譜,一般在紫外-可見光區(qū),用紫外-可見分光光度計分析.對物質(zhì)的顏色起主要的決定作用.第25頁/共37頁(2)振動-轉(zhuǎn)動光譜由分子的振動-轉(zhuǎn)動能級躍遷產(chǎn)生的光譜,一般在紅外區(qū),用紅外或拉

12、曼光譜儀研究.(3)轉(zhuǎn)動光譜由分子的轉(zhuǎn)動能級躍遷產(chǎn)生的光譜,一般在微波區(qū),用微波波譜儀研究.第26頁/共37頁4.2 振動-轉(zhuǎn)動能級躍遷產(chǎn)生的顏色1.氫鍵與水和冰的結(jié)構(gòu)氫鍵以XYY表示。氣態(tài)時，單個水分子的結(jié)構(gòu)是OH鍵長95.72pm, HOH夾角104.50，在冰、水或水化物晶體中，H2O分子為按四面體方向分布的電荷體系。第27頁/共37頁常壓下，六方晶系的冰-Ih ，晶胞參數(shù)為：a=452.27pm, c=736.71pm晶胞中含4個水分子,密度0.9168g/cm3。冰融化為水，空曠的氫鍵體系瓦解，密度增加，隨溫度升高，熱膨脹使密度降低，所以，40C時，水的密度最大。冰融化時，15%的氫

13、鍵斷裂，200C時水中氫鍵的數(shù)目約為同量冰中的一半，沸點時，液態(tài)水中依然有相當數(shù)量的氫鍵。第28頁/共37頁2.大量水與大塊冰的顏色輕的原子和較強的鍵是提高振動頻率的必要條件，使吸收向可見光移動。水的吸收光譜很復雜，在紅外區(qū)包括一系列窄的強吸收帶，接近可見光區(qū)域，吸收強度快速減弱，從紅外到可見光區(qū)過渡的光譜的紅端有少量的吸收，表現(xiàn)出它的補色淡淡的藍色。冰中的氫鍵比水中多，純凈的大塊冰也是淡藍色的。含有氫鍵的其它液體與固體也有淡藍色。第29頁/共37頁3.小分子的振動與綠柱石的顏色 硅酸鈹鋁(Be3Al2Si6O12),無色礦物綠柱石僅有的吸收出現(xiàn)在低頻的遠紅外區(qū),相當于晶格振動。 由于原子質(zhì)量

14、不小,鍵強度不大,振動頻率很低,近紅外區(qū)為一條平平的幾乎沒有吸收的直線。 所以純凈的、結(jié)構(gòu)緊密的綠柱石無色。 第30頁/共37頁但結(jié)構(gòu)不夠緊密的硅酸鈹鋁，少量的H2O，CO2等小分子被俘獲在縫隙之中。由于小分子比較自由的振動，以及不同形式的振動組合，使得在遠紅外區(qū)、近紅外區(qū)出現(xiàn)了一系列細銳的吸收，并一直擴展到可見光區(qū)的邊緣，在光譜的紅端有少量的吸收，使無色的綠柱石產(chǎn)生了淺綠色。第31頁/共37頁4.鹵素的顏色1.碘的顏色分子的價電子能級發(fā)生躍遷時,常伴隨振動能級和轉(zhuǎn)動能級的躍遷,因而其能級差不是一個確定的數(shù),而是表現(xiàn)為多個彼此相差很小的數(shù)值。 碘遇到高能輻照時，在449nm以外出現(xiàn)連續(xù)吸收，固

15、體碘幾乎為黑色。第32頁/共37頁2. 氯和溴的顏色分子的共價鍵長Cl-Cl Br-Br Br-Br I-I,鍵能較大的氯氣分子吸收高能量的藍紫色光,顯黃綠色,而鍵能稍小的溴分子吸收藍綠色光，分子狀的溴蒸氣表現(xiàn)為淡紅棕色。氯、溴以液態(tài)存在時，分子間距離減小，范德華力增加，顏色加深。第33頁/共37頁5.熒光與磷光(1)熒光原子或分子吸收光子被激發(fā)到高能級的激發(fā)態(tài),經(jīng)多種輻射失活而回到基態(tài),失去的能量相當于非輻射躍遷或內(nèi)部轉(zhuǎn)換躍遷,因而發(fā)射具有較長波長的光,稱為熒光。熒光發(fā)射過程中沒有多重度的改變。第34頁/共37頁(2)磷光原子或分子吸收光被激發(fā)到高能激發(fā)態(tài)(如單重激發(fā)態(tài)S1)后,該分子在激發(fā)態(tài)S1與基態(tài)S0之間還有三重激發(fā)態(tài),則激發(fā)態(tài)分子躍遷回基態(tài)時,需經(jīng)過介穩(wěn)定的三重態(tài)(T1)再返回基態(tài)(S0),發(fā)生的輻射躍遷稱作磷光。磷光是不同多重度間的輻射