第三章 染料的顏色和結構

第一節 引言

早在19世紀60年代W.H.Perkin發明合成染料以后，人們就對染料的顏色和結構的關系進行了研究，并提出了各種理論。

眾所周知，物體所呈現的顏色是由色素顏色和結構色共同作用的結果。色素產生的顏色是染料和顏料等色素分子對光產生選擇性吸收作用的結果；而結構色是物體表面的微結構由光的色散、散射、干涉和衍射引起的通過選擇反射產生的顏色。色素物質對光的吸收特性和它們分子結構的關系原是光譜學的主要研究內容。量子力學的發展使人們對物質結構的認識有了一個新的突破，它使光譜學進入了一個新的境界。此后人們對染料的顏色和結構的關系才開始從一個新的角度，即從量子力學的角度來進行研究。

在早期的理論中，以維特（O.N.Witt，1876）提出的發色團、助色團理論影響較大。維特認為，有機化合物的顏色是由于分子結構中的發色團引起的。主要的發色團有—N═N—、、—NO₂、等不飽和基團。含有發色團的分子結構稱為發色體。維特還認為，作為染料的有機化合物分子還應具有助色團，它們能加強發色團的作用，并使染料具有對纖維染色的能力。主要的助色團有—NH₂、—NHR、—NR₂、—OH等。現在看來，維特的理論僅僅是對一些現象的歸納且有許多例外，它不能從本質上說明問題。如堿性染料孔雀綠色基分子雖然有發色團和助色團，卻仍然是無色的；碘仿（CHI₃）雖無發色團，卻是黃色的。

由于歷史原因，發色團、助色團這兩個名詞現在還被廣泛使用著，不過它們的含義已經有了變化。現在所謂的發色團，一般指的是那些能對波長為200～1 000 nm的電磁波發生吸收的基團。實際上，染料要對波長為380～780nm的光波發生吸收才能顯現顏色。它們的分子結構里要有一個由若干共軛雙鍵構成的共軛體系。這些共軛體系往往還帶有助色團，構成一個發色體系。助色團，指的是那些接在π共軛體系上的—NH₂、—NHR、—NR₂、—OH、—OR等供電子基團。

本章的任務在于說明：染料對光的吸收現象、吸收現象的量子概念以及染料的顏色和結構的一般關系。這里所謂染料的顏色一般是指染料稀溶液的吸收特性，也就是指染料分子呈分散狀態時的吸收特性。同一染料由于聚集狀態或晶體結構的不同，呈現的顏色也會有差異。