有机物的颜色是如何表现出来的?

有机物的颜色是如何表现出来的?

如@金晨羽 在评论中所说,颜色是个复杂的问题,整天和各种颜色的有机物打交道,我尝试回答一下吧。说得不好的地方,还请批评指正。

概括地说,颜色主要来源于两个方面,吸收和发射。

通常来说,不仅仅有机物,生活中所见的大多数物质的颜色都是来源于吸收的。就有机物来说,通常吸收光子之后,分子会从低能态跃迁到高能态(当然也可以理解为电子从低能级向高能级跃迁),对于大多数有机物,通常是以基态向单线态第一激发态(S0->S1)跃迁为主的(也就是电子从HOMO跃迁到LUMO)。当然,正如紫外-可见吸收光谱所呈现的,分子的吸收光谱并不是原子吸收光谱那样的锐线光谱,而是一个谱带。这是由于分子的振动转动能级存在引起的。与此同时,需要多分子的吸收谱(甚至是在可见光区)也不一定是由单一的S0->S1谱带贡献的,还可能存在基态向更高能态跃迁的贡献。

另一方面,出于高能态的分子还需要回到基态,这个过程可以有多种途径实现。首先,可以通过直接辐射跃迁实现,也就是荧光发射,如果荧光落在可见光波段,那就对物质的颜色有贡献了。其次,可以通过系间窜越到达三线态,再有经过辐射跃迁回到基态,那就是磷光发射了。同时还可以发生非辐射的振动弛豫或者内转换,这就不对颜色有贡献。放一张Jablonski图在这儿,对这些过程解释得很清楚了。

吸收和发射光谱收到很多因素的影响,包括溶剂(溶剂化会改变不同能态的能量)、浓度(高浓度下会发生荧光的自吸收和自淬灭)、分子的自组装行为(相互靠近的生色团之间存在能量转移)、杂质的影响,具有多个生色团的分子,也会存在分子片段之间的能量转移,引起发射光谱的变化。对于更复杂的配位化合物,除了分子不同能态之间跃迁,配体向中心原子、中心原子向配体、配体(或中心原子)之间的电荷转移,这些都会引起分子对光的响应。

对于固体材料,颗粒的尺寸也会影响到材料的颜色。对于纳米量级尺度的材料,其吸收还收到量子尺寸效应的影响,这一影响主要来自于费米能级附近带隙变宽或能带不再连续。还有一个需要考虑的因素是散射,对于与可见光的波长相当的颗粒,可见光就有可能发生散射,通常情况下波长更长的红光能够透过而波长较短的蓝光则会发生散射,这也就是天空的蓝色和胶体溶液淡蓝色乳光的来源。

因此,上述因素据我所知是主要影响物质表观上颜色的因素。欢迎补充。