Цвет химикатов

Цвет химических веществ — это физическое свойство химических веществ, которое в большинстве случаев возникает в результате возбуждения электронов в результате поглощения энергии, осуществляемого химическим веществом.

Исследование химической структуры посредством поглощения и выделения энергии обычно называют спектроскопией .

Теория

Все атомы и молекулы способны поглощать и выделять энергию в виде фотонов , сопровождающуюся изменением квантового состояния. Количество поглощенной или высвободившейся энергии представляет собой разницу между энергиями двух квантовых состояний. Существуют различные типы квантовых состояний, включая, например, вращательное и колебательное состояния молекулы. Однако высвобождение энергии, видимой человеческим глазом, обычно называемой видимым светом, охватывает длины волн примерно от 380 до 760 нм, в зависимости от человека, и фотоны в этом диапазоне обычно сопровождают изменение атомного или молекулярного орбитального квантового состояния. Восприятием света управляют три типа цветовых рецепторов глаза, которые чувствительны к разным диапазонам длин волн в этом диапазоне.

Связь между энергией и длиной волны определяется соотношением Планка-Эйнштейна.

E=hf={\frac {hc}{\lambda }}

где E — энергия кванта ( фотона ) , f — частота световой волны, h — постоянная Планка , λ — длина волны и c — скорость света .

Отношения между энергиями различных квантовых состояний рассматриваются с помощью атомной орбитали , молекулярной орбитали , теории поля лигандов и теории кристаллического поля . Если фотоны определенной длины волны поглощаются материей, то, когда мы наблюдаем свет, отраженный от этой материи или проходящий через нее, мы видим дополнительный цвет , состоящий из оставшихся видимых длин волн. Например, бета-каротин имеет максимальное поглощение при 454 нм (синий свет), поэтому оставшийся видимый свет кажется оранжевым.

Цвета по длине волны

Глаз видит не поглощенный цвет, а дополнительный цвет, возникающий в результате удаления поглощенных длин волн . Эта спектральная перспектива была впервые отмечена в атомной спектроскопии .

Ниже приведена приблизительная таблица длин волн, цветов и дополнительных цветов. При этом используются научные CMY и RGB, цветовые круги а не традиционный цветовой круг RYB . ^[1]

Длина волны (нм)
400–424	фиолетовый	желтый
424–491	синий	апельсин
491–570	зеленый	красный
570–585	желтый	фиолетовый
585–647	апельсин	синий
647–700	красный	зеленый

Это можно использовать только в качестве очень грубого ориентира: например, если узкий диапазон длин волн в диапазоне 647–700 нм поглощается , то синие и зеленые рецепторы будут полностью стимулированы, образуя голубой цвет, а красный рецептор будет частично стимулируется, разбавляя голубой цвет до сероватого оттенка.

По категориям

Подавляющее большинство простых неорганических (например, хлорид натрия ) и органических соединений (например, этанол) бесцветны. Соединения переходных металлов часто окрашиваются из-за переходов электронов между d-орбиталями разной энергии. (см. Переходный металл # Цветные соединения ). Органические соединения имеют тенденцию окрашиваться при наличии обширного сопряжения , что приводит к уменьшению энергетической щели между ВЗМО и НСМО , перенося полосу поглощения из УФ-излучения в видимую область. Точно так же цвет обусловлен энергией, поглощаемой соединением, когда электрон переходит из ВЗМО в НСМО. Ликопин — классический пример соединения с обширной конъюгацией (11 сопряженных двойных связей), обусловливающей интенсивный красный цвет (за цвет томатов отвечает ликопин ). Комплексы с переносом заряда имеют тенденцию иметь очень интенсивный цвет по разным причинам.

Примеры

Цвета ионов металлов
Имя	Формула	Цвет
Магний(II)	мг ²⁺	бесцветный
Скандий(III)	наук ³⁺		серебро
Титан(III)	Из ³⁺		фиолетовый
Титан(IV)	Из ⁴⁺		серебро
Титанил	ТиО ²⁺	бесцветный
Ванадий(II)	V ²⁺		светло-фиолетовый
Ванадий(III)	V ³⁺		темно-серо-зеленый
Ванадил(IV)	VO ²⁺		синий
Ванадий(IV) ( ванадит )	V ₄ Ох ²⁻ ₉		коричневый
Vanadium(V) ( pervanadyl )	VO ⁺ ₂		желтый
Метаванадат	VO ⁻ ₃	бесцветный
Ортованадат	VO ³⁻ ₄	бесцветный
Хром(II)	Кр ²⁺		ярко-синий
Хром(III)	Кр ³⁺		сине-зелено-серый
Гидроксид хрома(III)	Кр(ОН) ₆³⁻		желтоватый
Монохромат	КрО ²⁻ ₄		желтый
дихромат	Кр ₂2О ²⁻ ₇		апельсин
Марганец(II)	Мин. ²⁺		бледно-розовый
Марганец(III)	Мин. ³⁺		малиновый
Манганат(V)	MnO ³⁻ ₄		темно-синий
Манганат(VI)	MnO ²⁻ ₄		темно-зеленый
Манганат(VII) ( перманганат )	MnO ⁻ ₄		темно-фиолетовый
Железо(II)	Фе ²⁺		зеленоватый
Фторид кобальта(II)	Ко ²⁺		розовый
Амин кобальта(III)	Co(NH ₃) ³⁺ ₆		желтый/оранжевый
Никель(II)	В ²⁺		светло-зеленый
Комплекс амина никеля(II)	Ni(NH ₃) ²⁺ ₆		лавандовый/синий
Комплекс амина меди(I)	Cu(NH ₃) ⁺ ₂	бесцветный
Медь(II)	С ²⁺		синий
Комплекс амина меди(II)	Cu(NH ₃) ²⁺ ₄		индиго-синий
Хлорид меди(II)	CuCl ²⁻ ₄		сине-зеленый
Цинк(II)	Зн ²⁺	бесцветный
Серебро(Я)	В ⁺	бесцветный
Серебро(III) в конц. ХНО ₃	В ³⁺		темно-коричневый

Однако важно отметить, что цвета элементов будут различаться в зависимости от того, с чем они входят в комплекс, а также от их химического состояния. Пример с ванадием(III); VCl ₃ имеет характерный красноватый оттенок, тогда как V ₂ O ₃ кажется черным.

Соли

Предсказать цвет соединения может быть чрезвычайно сложно. Вот некоторые примеры:

Хлорид кобальта имеет розовый или синий цвет в зависимости от состояния гидратации (синий в сухом состоянии, розовый в воде), поэтому его используют в качестве индикатора влажности в силикагеле.
Оксид цинка имеет белый цвет, но при более высоких температурах становится желтым, а при охлаждении становится белым.

Цвета различных солей
Имя	Формула соответствующих солей	Цвет
Гексагидрат хлорида железа(III)	FeCl ₃ ·6H ₂ O	желтый/коричневый
Хлорид железа(III) безводный	FeCl ₃	черный
Сульфат хрома (III)	Cr ₂ (SO ₄ ) ₃	темно-зеленый
Сульфат меди(II) безводный	CuSO ₄	белый
Пентагидрат сульфата меди(II)	CuSO ₄ ·5H ₂ O	синий
Бензоат меди(II)	Cu(C ₇ H ₅ O ₂ ) ₂	синий
Хлорид кобальта(II)	КоСл ₂	темно-синий
Гексагидрат хлорида кобальта(II)	CoCl ₂ ·6H ₂ O	глубокий пурпурный
Тетрагидрат хлорида марганца(II)	MnCl ₂ ·4H ₂ O	розовый
Дигидрат хлорида меди(II)	CuCl ₂ ·2H ₂ O	сине-зеленый
Никель(II) хлорид гексагидрат	NiCl ₂ ·6H ₂ O	зеленый
Йодид свинца(II)	ПБИ ₂	желтый
Дихромат аммония	( _NH4 ) Cr₂O_2Cr2O7	апельсин

Ионы в пламени

Цвета ионов щелочных и щелочноземельных металлов в пламени ^[2]
Имя	Формула
Литий	Что	красный
Натрий	Уже	желтый/оранжевый
Магний	мг	блестящий белый
Калий	К	сиреневый/фиолетовый
Кальций	Что	кирпично-красный
Рубидий	руб.	красно-фиолетовый
Стронций	старший	красный
Цезий	Cs	светло-голубой
Барий	Нет	зеленый/желтый
Медь	С	синий/зеленый (часто с белыми вспышками)
Вести	Pb	серый/белый

Газы

Цвета различных газов
Имя	Формула	Цвет
Водород	Ч ₂	бесцветный
Кислород	Около ₂		бледно-голубой
Озон	O_О3		бледно-голубой
Фтор	F_Ф2		бледно-желтый
хлор	кл ₂		зеленовато-желтый
Бром	Br_Бр2		красный/коричневый
Йод	я ₂		темно-фиолетовый
Диоксид хлора	ClO ₂		насыщенный желтый
Оксид дихлора	Cl ₂ О		коричневый/желтый
Диоксид азота	НЕТ ₂		темно-коричневый
Трифторнитрозометан	КФ ₃ НЕТ		темно-синий
Диазометан	Ч ₂ Н ₂		желтый

Бисерные тесты

Различные цвета, часто похожие на цвета, обнаруженные при испытании пламенем , получаются в ходе теста с шариками, который является качественным тестом для определения металлов. Платиновую петлю смачивают и обмакивают в мелкий порошок рассматриваемого вещества и буры . Петлю с приклеенными порошками затем нагревают в пламени до ее плавления и наблюдения за цветом полученного шарика.

Цвета металлов в тесте на шарики
Металл ^[3]	Окислительное пламя	Уменьшение пламени
Алюминий	бесцветный (горячий и холодный), непрозрачный	бесцветный, непрозрачный
Сурьма	бесцветный, желтый или коричневый (горячий)	серый и непрозрачный
Барий	бесцветный
Висмут	бесцветный, желтый или коричневатый (горячий)	серый и непрозрачный
Кадмий	бесцветный	серый и непрозрачный
Кальций	бесцветный
Церий	красный (горячий)	бесцветный (горячий и холодный)
Хром	темно-желтый (горячий), зеленый (холодный)	зеленый (горячий и холодный)
Кобальт	синий (горячий и холодный)	синий (горячий и холодный)
Медь	зеленый (горячий), синий (холодный)	красный, непрозрачный (холодный), бесцветный (горячий)
Золото	золотой (горячий), серебряный (холодный)	красный (горячий и холодный)
Железо	желтый или коричнево-красный (горячий и холодный)	зеленый (горячий и холодный)
Вести	бесцветный, желтый или коричневатый (горячий)	серый и непрозрачный
Магний	бесцветный
Марганец	фиолетовый (горячий и холодный)	бесцветный (горячий и холодный)
Молибден	бесцветный	желтый или коричневый (горячий)
Никель	коричневый, красный (холодный)	серый и непрозрачный (холодный)
Кремний	бесцветный (горячий и холодный), непрозрачный	бесцветный, непрозрачный
Серебро	бесцветный	серый и непрозрачный
Стронций	бесцветный
Полагать	бесцветный (горячий и холодный), непрозрачный	бесцветный, непрозрачный
Титан	бесцветный	желтый (горячий), фиолетовый (холодный)
вольфрам	бесцветный	коричневый
Уран	желтый или коричневатый (горячий)	зеленый
Ванадий	бесцветный	зеленый

Ссылки

^ «SAP Fiori | Сообщество SAP» .
^ Испытания на пламя на chemguide.co.uk.
^ CRC Справочник по химии и физике . ЦРК Пресс. 1985. ISBN 0-8493-0466-0 .

[1] «SAP Fiori | Сообщество SAP» .

[2] Испытания на пламя на chemguide.co.uk.

[3] CRC Справочник по химии и физике . ЦРК Пресс. 1985. ISBN 0-8493-0466-0 .

[1]

[2]

[3]