任务2 染料的发色理论

染料都是有色物，关于染料能产生颜色有多种解释，其中最典型的有两种理论，即发色团理论和现代发色理论。

一、发色团理论

该理论认为，染料之所以能产生颜色是跟染料的结构密切相关的。研究表明：染料分子中均含有能呈现颜色的发色基团或发色体，这些发色基团或发色体通常为一些含有双键的基团（如偶氮基—N〓N—、亚乙烯基—CH〓CH—、芳环等）相互连结所构成的不饱和共轭体系。同时，在染料分子结构中还含有助色团，助色团通常为一些极性基团，如氨基(—NH₂)、硝基(—NO₂)、羟基(—OH)、羧基(—COOH)等。助色团与发色团相连，可增加染料颜色的深度和浓度。

二、现代发色理论

该理论认为，染料产生颜色是跟染料分子轨道中电子的跃迁有关。染料分子中的电子在不同能量的分子轨道上运动，通常情况下，电子总是优先处在能量最低的分子轨道上运动，此时电子所处的状态称为基态，或称为稳定态。当受到光照后，染料分子中的电子吸收光能，就能从基态跃迁到能量较高的分子轨道上，此时电子所处的状态称为激发态。染料分子中不同的分子轨道都具有各自相应的能量。电子激发态与电子基态间的能量差就是电子跃迁所具备的能量，称电子跃迁能。当入射光的光子能量正好等于电子跃迁能时，这一光子的能量就能被电子吸收，完成电子的跃迁。电子的跃迁能可通过以下公式计算：

式中：E₀——电子基态具有的能量；

E₁——电子激发态具有的能量；

C——光速(3×10⁸m/s)；

h——普朗克常数(6.62×10^-34J·s)；

ΔE——电子跃迁能。

不同波长光的光子能量(E)可通过以下公式计算：

可见光的波长在380~780nm，代入公式后可求得可见光的光子能量范围为：5.2×10^-19～ 2.5×10^-19J。由于染料分子中电子的跃迁能恰好在可见光的光子能量范围内，因此它可以吸收可见光的光子能量进行跃迁，即染料可以对可见光进行选择性吸收，从而使染料可呈现出颜色。