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1、教四225?2012.03材料化學第一章光學材料1.2發(fā)色的化學機理和色料教四225?2012.03材料化學1.2發(fā)色的化學機理和色料一、原子激發(fā)和分子振動1.原子中電子激發(fā)躍遷當一塊固體物質加熱時，物質不僅熱輻射增加，而且輻射中短波成分相對增加，逐漸地變紅發(fā)光。表2加熱溫度和熱輻射的顏色溫度/℃＜700700170025004500＞10000顏色黑色紅色橙色黃色白色藍白色教四225?2012.03材料化學氣態(tài)原子或分子受到激發(fā)，電子由基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)。在激發(fā)態(tài)不穩(wěn)定又返回基態(tài)并發(fā)射出光。當燃燒的物質中含有鈉原子，受激至高能態(tài)再返回基態(tài)時發(fā)出波長為589.6
2、和589.0nm的黃光，火焰呈黃色。原子中電子激發(fā)躍遷表3火焰的顏色元素顏色發(fā)射波長/nm鋰深紅601，671鈉黃589鉀紫405，767鈣橙紅423，559，616鍶紫紅408，461，606，687鋇黃綠487，514，543，553，578Li一些金屬的焰色KCsRbNa一些金屬的焰色CaBaSrCu教四225?2012.03材料化學利用原子中電子躍遷發(fā)射出不同顏色的光，在化學中可通過焰色識別化學成分。若定量地測定波長和強度的分布，則發(fā)展成原子發(fā)射光譜分析。利用原子發(fā)射光的顏色，可制造色彩絢麗的焰火，增添節(jié)日的喜慶氣氛。原子中電子激發(fā)躍遷原子發(fā)射光譜分析
3、色彩絢麗的焰火WHYISWATERBLUE?J.Chem.Edu.,1993,70(8),612教四225?2012.03材料化學分子中原子間的振動會導致顏色的出現(xiàn)。例如水和冰中，分子之間有氫鍵連接。水的吸收光譜是很復雜的，在紅外區(qū)域有一系列強吸收帶，在接近可見光區(qū)域，很快減弱，但仍有吸收，這種紅色吸收的余色為藍色。清澈見底的深水顯淡藍色，純凈的大塊冰的顏色也是淡藍的。和雙原子分子的振動和轉動有關的吸收，也會出現(xiàn)顏色，例如氯氣的綠色和碘蒸氣的紫色。分子的振動和轉動教四225?2012.03材料化學WHYISWATERBLUE?Thebentwatermolec
4、uleH2Ointhefreestatehasthreefundamentalvibrations: (a)thesymmetricalstretch,(b)thesymmetricalbend, (c)theantisymmetricalbend.教四225?2012.03材料化學教四225?2012.03材料化學教四225?2012.03材料化學阿根廷冰川國家公園Thebluegreenlightofnaturalgasburningonakitchenburneremittedbyanoxygen-richgasflameasseenonakitchen
5、rangealsoinvolvessuchcombinationvibrational,rotational,andelectronicexcitationsintheunstablemoleculesCHandC2.教四225?2012.03材料化學色彩絢麗的礦石、寶石、涂料和顏料等，其中許多是由過渡金屬化合物形成的。在化合物中，過渡金屬離子處于不同的配位場，由于配位的幾何形式不同、配位場的強弱不同，d軌道或f軌道能級分裂的狀況以及能級中電子的排布不一樣，電子在能級間躍遷所產生的顏色就有差別。同樣一種元素的原子，在不同條件下產生不同的顏色。過渡金屬原子能級在
6、配位場中的變化Al2O3Cr2O3紅寶石教四225?2012.03材料化學例如，Cr2O3呈綠色，當把少量Cr2O3摻入剛玉（Al2O3，白色粉末）中，由于Cr2O3和Al2O3結構相似，Cr3+置換Al3+時，Cr3+周圍6個O原子的配位不變，但因為Al3+比Cr3+略小一點，配位場強弱產生變化，呈現(xiàn)了紅色，稱為紅寶石。通常將這種摻Cr3+的剛玉用化學式Al2O3：Cr3+表示。過渡金屬原子能級在配位場中的變化教四225?2012.03材料化學剛玉剛玉的化學成分為Al2O3，可含微量的Fe、Ti或Cr等元素，晶體屬三方晶系的氧化物礦物。晶體一般為藍灰、黃灰、
7、紅和綠色，含少量的鉻呈紅色，含少量的鐵和鈦呈藍色，紅寶石和藍寶石是透明的紅色和藍色寶石級剛玉的別稱。單晶多呈桶狀雙錐形，或雙錐與底板面的聚形，較少為厚板狀，晶面上常有斜紋或橫紋。集合體呈粒狀或致密塊狀。玻璃光澤，無解理，裂理發(fā)育，摩氏硬度9，比重3.98。 剛玉常世界著名產地有俄國的烏拉爾山脈、南非的德蘭士瓦、加拿大的安大略、土耳其的士麥那、希臘的納克索斯。而寶石級的砂礦剛玉主要產于緬甸、斯里蘭卡、泰國、坦桑尼亞、美國蒙大拿州。 剛玉可作為研磨材料及制造精密儀器的軸承，顏色鮮艷透明者可作貴重寶石，如紅寶石、藍寶石等。紅寶石紅寶石的英文名稱為Ruby，源
8、于拉丁文Ruber，意思是紅色。紅寶石
