无机化合物的颜色与结构
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我们所见到的光称可见光，其波长范围大约是 400nm — 760nm ，波长小于 400nm的光属于紫外光，大于 760nm 的 光为红外光，各种色光的波长范围，可用颜色环表示。 我们将颜色环上的全部有色光按一定比例混合，可以得到白光。颜色环上任何两个对顶位置扇形中的一对 光称为互补光。物质选择地吸收了白光中的某种波长的光，就会呈现与之互补的光的颜色。 2 物质呈现颜色的原因 物质是由原子组成，而原子是由原子核和核外电子构成。电子受外界热能、电能、辐射能的作用，电子就 , ,又跃迁至基态 .电子从基态跃迁至激发态要吸收能量，反之则 会从基态跃迁至激发态处于激发态的电子不稳定 辐射能量，而且能量是量子化的，其谱线波长决定于能差 E，如跃迁波长处于可见光的范围之内，物质就呈现出 特征颜色，即吸收光的互补色，如硫酸铜水溶液呈天蓝色，原因是吸收了互补的红光。 3 无机化合物的颜色与结构 3.1 络 合 物 的 颜 色 与 结 构 ⑴ d区过渡金属络合物因含 d单电子和配位体而有颜色。 在晶体或溶液中，过渡金属离子周围总是存在配体，在配体的影响下，发生 d 轨道的能级分裂，使电子激发 态与基态能量接近，这就可能在可见光的作用下发生 d单电子的跃迁。所以这种结构的离子多具有颜色，如某些 元素的水合离子颜色与 d电子关系，见表 1。 表 1 元素的水合离子颜色与 d电子关系
22+ － － － 3+
Al S－ O－
2 2
3+
Ga
3+
Sb
3+
Bi
3+
Sn
3+
Zn
3+
Hg
3+
黄色 白色
黄色 白色
橙红 白色
棕黑 黄色
黄色 白色
白色 白色
红或黑色 橙色
⑵ 当阴离子相同时，阴离子极化力越强，变形性越大，物质颜色愈深，见表 4。 表 4 物质颜色与离子变形性关系
K2O 白色
CaO 白色
TiO2 白色
V2O5 白色
CrO3 暗红色
Mn2O7 紫绿色
3.3 对 于 一 些 无 机 共 价 化 合 物 ， 其 颜 色 与 最 外 层 电 子 总 数 有 关 。 ⑴ 分子中最外层电子总数为奇数者一般为有色物质，如 NO2最外层电子总数 17，其颜色为红橙色， ClO2最 外层电子总数 19 ，是黄色物质。 ⑵ 分子中最外层电子总数为偶数者，一般为无色物质。如： CO2、 OF2、 N2O 4等。 3.4 有 两 种 氧 化 态 或 化 合 价 的 物 质 常 呈 现 较 深 的 颜 色 。
离子中未成 对电子数
+
0 Ag Zn Cd 2+ 4+ 3+ Hg Ti Sc 均无色
2+ 2+
1 Cu 蓝 Ti3+ 紫红色 4+ V 蓝
2+
2 Ni 绿 V3+ 绿
2+ 3+
3 Cr 紫 Co2+ 桃红 2+ V 紫色
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如 ： Fe2O3为红色，Fe3O 4为黑色 ;SbCl3和 SbCl5均无色，但两者混合物为棕黑色。这是 因为电子从低氧化态越 迁至高氧化态所需能量往往比较小，它们能够吸收可见光中的光能，使电子跃迁，所以颜色较深。 3.5 无 机 化 合 物 颜 色 往 往 随 温 度 升 高 而 变 深 常温时， PbI2为橙黄色，当逐渐加热时，颜色变为砖红，甚至红棕色，这是因为升高温度，能级趋于接近的 缘故。 另外，一些囟素互化物，囟氧化物，囟硫化物也有颜色，也是囟原子间电子能级相差较小，能够被可见光 激发的缘故。如： BrCl为红色气体， ICl为暗红色固体， IBr为暗灰色固体。 物质结构与其性质的关系，一直是量子化学研究的重点，近年来这方面的研究日益深入、广泛。但是有关 量子力学计算问题却较难，需较深的基础，其方法和过程也是科学研究的重点。 参考文献： [1]陈荣三．无机及分析化学（第 2版） [M] ．北京：高等教育出版社， 1984． 388 ； 545— 329． [2]北京师范大学等校编．无机化学（第 3版 ） [M]．北京：高等教育出版社， 1992． 327 —329 ；421 —422 ； 821； 827— 836 ． [3]湖南师范大学编．无机化学 [M]．湖南：湖南师范大学出版社， 1985． 426； 469． [4]邓存．结构化学基础 [M]．北京：高等教育出得版社， 1995． 220— 223 ； 301— 303 ． （责任编辑、校对：肖国栋）
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2+
4 Fe 淡绿 Cr2+ 蓝
5 Mn 淡红 Fe3+ 淡
2+
水合离子 及颜色
收稿日期：2002—06—07 作者简介：李军（1973—） ，男，黑龙江依安人，克山师专化学系助教。
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不同配体对中心离子的分裂产生 d — d 跃迁也有影响。一般来说，强场中形成的络合物颜色较深。如： Cu（ H2O ）4 浅蓝色， Cu （ NH3） 4 深蓝 [FeCl] 黄色，[FeSCN] 红色，[FeOH] 棕色 这一现象可用光谱化学序列来解释即： I ＜ Br ＜ Cl ＜ SCN ＜ F ＜ OH ＜ NO2＜ H2O ＜ NH3＜ NO 2＜ CN 对于相同的配体和同一金属来说，高价金属络合物颜色较深 , 如： [Fe（ H2O ）6] 深红， [Fe（ H2O ）6] 浅红。 ⑵ 对于 f 区元素因含有 f 单电子亦有颜色，如 f区元素离子颜色和未成对电子关 系，见表 2。 表 2 元素离子颜色和未成对 f电子关系
二○○二年 第三期
克 山 师 专 学 报 Journal of Keshan Teachers College
No.3 2002
无机化合物的颜色与结构
李 军，张晓红
( 克山师专 化学系，黑龙江 克山 161601)
摘 要 ：无机化合物的颜色是由化合物的内部结构决定的，化合物的分子、离子 吸收、反射、辐 射可见光引起电子跃迁产生物质的颜色，物质的颜色同时受离子极化和配位体的影响。 关键词：无机化合物；颜色；内部结构 中图分类号： O611.6 文献标识码：A 文章编号：1009— 3958（ 2002） 03— 0042— 03
7 Gd
3+
3+
3+
淡紫
粉红色
无色
3+
Ln 离子的颜色与 Ln 吸收可见光中部分光能后， f 电子发生由基态向激发态的 f-f 跃迁有关，由于 f 电 子 深 藏 在离子内部电子层中，所以受外界影响较小，对 Ln 离子电子的跃迁而产生的颜色变化较小，所以根据 Ln 离 子 的特定颜色常用来对 Ln 进行定性或定量检测。 3.2 离 子 极 化 和 无 机 化 合 物 的 颜 色 。 3.2.1 典型的离子化合物无色。 s 区 与 p区元素形成的化合物，元素离子的最外层电子都已配对，全满或全空，这一状态下电子很稳定，可 见光光能不足以便其激发，因此此类化合物大多无色，如 NaCl晶体， Na2S 晶体。 3.2.2 当化学键由于离子极化具有共价性时，物质颜色变深。 阴阳离子结合形成化合物时，离子极化总是存在的。由于极化作用使 电子云发生强烈变形，从而使阴阳离 子外层电子重叠改变，导致分子轨道中的基态与激发态间能差变小。如 :p区元素与 d 区、 ds区 元 素 形 成 的 化 合 物，多含有未配对的电子并存在离子极化作用，因此大多有颜色。 ⑴ 当阳离子相同时，阴离子变型性愈强，物质颜色愈深。如： Ag 、 Cl 、 Br 、 I 、均无色，而形成的化合 物： AgCl 白色、 AgBr浅黄色、 AgI黄色。 又 如 S 比 O 易于变形，相应硫化物比氧化物颜色深，见表 3 。 表 3 硫化物与氧化物颜色对比
3+ 2+ － － － － － － － － － 2+ 2+ 2+ 2+ 2+
未成对 电子数 离子 颜色
3+
O La 3+ Lu 无
3+
1 Ce 3+ Yb 无色
3+
2 Pr 3+ Tm 绿
3+
3 Nd 3+ Er
3+
4 Pm 3+ Ho
3+
5 Sm 3+ Py 黄
3+
6 Eu 3+ Tb 淡粉红
3+
The Color and Structur of Inorganic Compound
LI Jun, ZHANG Xiao-hong
(Chemical Department of Keshan Teachers College , Keshan 161601, China )
Abstract: The color of compound is determined by internal structure of compound whose molecule, ionic absorption,reflection,radiation,and visible light cause electronic transition,which generates color, in the meanwhile,is influenced by ionic polarization and coordinative substance. Key words: Inorganic compound ； Color； Internal structure
不同物质为什么会有不同的颜色。首先，物质的颜色是由物质的内部结构决定的；其次，物质的颜色离不 开光；第三，物质的颜色是由人眼的视觉得到的。本文结合光学知识，讨论有关无机化合物的颜色及有关影响 因素。 1 光的一般知识 光是波长很短的电磁波 , 具有微观粒子的波粒二象性，其能量是 , 随波长的增大而减小 ,
