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顏色科學是一門綜合性科學，是研究顏色起源、顏色的光學作用、人類顏色的視覺規律、顏色測量的理論和技術的科學，涉及物理光學、化學、視覺心理學、視覺生理學、心理物理學等學科領域，它在化工、印染、顏料、塗料、建材、光源研制、照明工程、彩色印刷、彩色電視、電影、交通信號、照明、科學計量、軍事偽裝等方面均有廣泛的用途，具有極高的實用價值。

我們生活在一個五彩繽紛的色彩世界裡。那麼多彩之水是如何產生的？節日五光十色的焰火是怎樣制造出來的？極光是如何形成的？不同顏色的寶石是怎樣形成的？色素的呈色與物質結構又怎樣的關繫？。。。。。。針對這樣一繫列問題，別著急，在書中作者會給你娓娓道來，通過盡量通俗的語言，以科學的態度教你了解顏色世界的神奇與奧秘，探知各種類型物質顏色產生的原因或機理，闡述物質的微觀結構是怎樣決定和影響它們的色彩。書中內容對於讀者增加廣博的知識，拓展眼界，關注自然，提高科學素養必將起到了積極的促進作用。

《顏色化學》是《大自然的色彩探秘》的姊妹篇，後者是關於顏色的科普讀物，前者是從化學科學的角度來闡釋顏色和色彩。本書可作為高等院校化學教育專業、應用化學專業等相關類本專科生的專業拓展資料，也可作為科學教育專業、美術專業、自然科學等類學生的學習參考書，亦可供欲探究顏色的化學起源的師生或科研人員參考。

內容簡介

《顏色化學》是一本高等科普讀物，適合所有與顏色相關領域讀者對色彩理解的需求。顏色的形成有受多種因素的影響，如物質與光的相互作用，受光激發產生顏色，但內容還是物質本身的結構。書中介紹了顏色產生的原因，以科學的方式來闡述。內容編排與選取上，以化學鍵理論為主導，以物質結構為主線，以日常所見為具體實例，力爭圖文並茂，通過深入淺出的講述，將難以理解的不同類型的化學鍵、原子分子結構與無數引人入勝的具體色彩實例結合起來，同時又將看似普通的顏色現像歸結出深刻的微觀結構根源。本書可作為高等院校化學教育專業、應用化學專業等相關類本專科生的課外閱讀材料，也可作為科學教育專業、美術專業、自然科學等類學生的學習參考書，亦可供欲探究顏色的化學起源的師生或科研人員參考。

作者簡介

塗華民，河北師大化學與材料科學學院，教授，主要從事無機化學本科和研究生專業基礎課的講授，並從事無機化學相關領域的基礎科研工作，重點側重於新型功能材料與新能源方面的應用研究，對於分子生物無機化學及譜學分析技術方面有一定的基礎。擔任《光譜實驗室》雜志編委，《光譜實驗室》編委。目前在學校開設<顏色與化學>公開課程,深受學生喜愛.

第1章顏色概述001

1.1顏色是什麼？002

1.2顏色產生的類型002

1.3顏色的命名003

1.4色卡圖及顏色淺析004

1.4.1紅色004

1.4.2橙色005

第1章顏色概述001

1.1顏色是什麼？002

1.2顏色產生的類型002

1.3顏色的命名003

1.4色卡圖及顏色淺析004

1.4.1紅色004

1.4.2橙色005

1.4.3黃色005

1.4.4綠色006

1.4.5藍色007

1.4.6紫色007

1.4.7棕色008

1.4.8無彩色008

1.4.9獨立色009

1.5物質顯色的三要素009

1.5.1物體011

1.5.2光源013

1.5.3眼睛014

1.6同色異譜顏色020

1.7混色繫統021

1.7.1光的三原色：RGB模式022

1.7.2印刷三原色：CMYK模式 024

1.7.3顏色的再現026

參考文獻027

第2章分子振動產生的顏色028

2.1大量水與大塊冰的顏色028

2.2鹵素單質的顏色030

2.3單質硫燃燒的顏色033

2.3.1硫分子的幾何構型與解離034

2.3.2硫分子的氧化機理036

2.3.3硫燃燒的顏色037

2.4硫化氫燃燒的顏色038

2.5氫氣燃燒的顏色038

2.6有機化合物燃燒的顏色039

2.7小分子的振動與綠柱石的顏色040

2.8綠松石的顏色041

參考文獻042

第3章簡單激發產生的顏色044

3.1原子光譜044

3.2氣體放電與霓虹燈顏色045

素的特征焰色與煙花046

3.4全屬蒸氣放電048

3.4.1低壓鈉燈和高壓鈉燈048

3.4.2汞燈048

3.4.3稀土三基色熒光燈049

3.4.4稀土鹵化物燈050

3.4.5其他類型燈050

3.4.6電視機用熒光粉051

3.5原子激發與宇宙中的顏色現像051

3.5.1太陽光譜中的Fraunhofer譜線 051

3.5.2太陽色球與日冕053

3.5.3太陽風與極光053

3.5.4流星雨的色彩055

3.6等離子體顯示原理與材料055

3.6.1單色等離子體顯示材料 056

3.6.2彩色等離子體顯示材料 056

參考文獻057

第4章與能帶及色心相關的顏色058

4.1金屬的顏色058

4.1.1費米能060

4.1.2金屬的態密度圖與金屬的顏色060

4.1.3合金的顏色063

4.1.4具有類金屬外觀的物質的顏色070

4.2絕緣體與半導體的顏色071

4.2.1能帶模型071

4.2.2鑽石076

4.2.3彩色鑽石077

4.2.4離子晶體081

4.2.5色心與某些晶體的顏色082

4.2.6色心產生顏色的機理085

4.2.7色心在寶石改良中的應用086

參考文獻089

第5章無機物顏色成因091

5.1化合物呈色的本質091

5.2無機物呈色原因簡介092

5.2.1離子093

5.2.2氣體分子094

5.2.3非金屬單質095

5.2.4金屬單質098

5.2.5無機化合物099

5.3形成化合物的外界條件對化合物顏色的影響130

5.3.1溫度的影響130

5.3.2晶型的影響133

5.3.3聚集態對無機化合物顏色的影響133

5.3.4納米材料的顯色134

5.3.5溶劑效應137

5.3.6溶液pH值的影響137

5.3.7配位異構對配合物顏色的影響138

5.3.8混合物的顏色140

參考文獻142

第6章顏色與有機分子結構144

6.1顏色-結構的定性關繫148

6.1.1有色有機分子的分類148

6.1.2共軛體繫中的π→π*躍遷與物質的顏色148

6.1.3微擾分子軌道理論151

6.1.4影響有機化合物顏色的因素152

6.2n→π*躍遷與有機化合物的顏色164

6.2.1影響n→π*躍遷的因素164

6.2.2羰基類化合物165

6.2.3亞氨基類化合物166

6.2.4偶氮類化合物166

6.2.5亞硝基類化合物167

6.3給電子-受電子發色體167

6.3.1部花青化合物170

6.3.2硝基受電子體172

6.3.3給電子體取代的醌類化合物175

6.3.4給電子體取代的偶氮型化合物176

6.3.5靛族染料和有關的發色體180

6.3.6兩性離子發色體181

6.4非環多烯和環多烯體繫發色體182

6.4.1非環多烯烴類發色體182

6.4.2多環苯型化合物184

6.4.3多環苯型烴的醌類衍生物186

6.4.4非苯型環交替體繫——輪烯187

6.4.5非交替的多烯發色體188

6.5菁型發色體190

6.5.1氨基取代的二芳甲烷和三芳甲烷染料192

6.5.2氧雜菁、羥基芳基甲烷和有關的發色體194

6.5.3作為菁型發色體的硝基負離子196

參考文獻197

前言

顏色無比神奇，人們可以用它來形容世間萬物，也可以用它來抒發人深沉的感悟，它給人類帶來了無窮的樂趣。我們生活在一個色彩斑斕的世界，如晶瑩的水晶、清澈的流水、閃亮的金屬、絢麗的花朵、烏黑的煤、雪白的鹽等，大自然演奏出和諧的色彩交響曲。人類語言中關於色彩的比喻不勝枚舉，無不處處體現著人類與色彩的千絲萬縷的聯繫。色彩促使人類接近大自然，色彩豐富人類的生活。然而，物質的顏色問題是一個很復雜的問題，影響因素很多，一些物質的呈色常常有多種起因，因此要想準確地預測某種化合物的顏色往往還是很困難的事情。如何捕捉色彩遊戲中閃爍著的靈光？如何了解人類色彩世界中掩藏著的神秘和人類歷史中的秘密？如何去領會各種色彩孤獨的影像和色彩之間不安的律動？如何去理解和界定色彩意義所譜寫的贊歌？假如孩子提出“樹葉為什麼是綠色的？”你該如何回答？可能你會告訴孩子，這是樹葉固有的性質；也可能你會告訴孩子這是因為樹葉反射綠光而吸收其他所有顏色的光所致；還有可能的解釋是把這種現像歸因於葉綠素等特殊的化學物質的存在等。如果孩子進一步問道“為什麼秋天時，一些樹葉會變紅（如香山的紅葉），多數的樹葉會變黃？”你能進一步給出說明嗎？色彩是個巨大的屏幕，它給作家、詩人、音樂家、畫家、宣傳家、教師、醫生、工程師、藝術家和工匠等以活動的空間，所有人都能在色彩的鏡子中看到自己，梳理自己的思想，回味自己的感受。喜愛顏色的人，纔是心地純潔、思想豐富的人。顏色科學是一門綜合性科學，是研究顏色起源、顏色的光學作用、人類顏色的視覺規律、顏色測量的理論和技術的科學，涉及物理光學、化學、視覺心理、視覺生理、心理物理等學科領域，它在化工、印染、顏料、塗料、建材、光源研制、照明工程、彩色印刷、彩色電視、電影、交通信號、照明、科學計量、軍事偽裝等方面均有廣泛的用途，具有極高的實用價值。顏色科學包括光色和物質顏色，是研究顏色的生成、性質及應用的科學。本書希望對多彩之水是如何產生的？物質燃燒火焰的顏色與哪些因素有關？極光是如何形成的？紅寶石為什麼是紅色的？不同顏色寶石是怎樣形成的？無機化合物和有機化合物的呈色有何異同等等一繫列問題進行探討，講述各種類型物質顏色產生的原因或機理，闡述物質的微觀結構是怎樣決定和影響它們的色彩。內容編排與選取上以化學鍵理論為主導，以物質結構為主線，力爭圖文並茂，通過深入淺出的講述，把難以理解的不同類型的化學鍵、原子分子結構與無數引人入勝的具體色彩實例結合起來，同時又將看似普通的顏色現像歸結出深刻的微觀結構根源。書中內容對於讀者增加廣博的知識，提高科學素養必將起到積極的促進作用。在本書即將付梓之際，作者首先要感謝國內外不同領域裡的專家學者，沒有他們的優秀研究論文、獨特的專著論述，本書的完成是難以想像的。其次要感謝化學工業出版社對本書的順利出版所付出的大量心血，感謝化學工業出版社出版基金、河北師範大學出版基金的資助。後還要感謝家人及親朋好友的理解與支持，感謝所有對作者提供過幫助的老同學、同仁、師長、學友等！本書在選材、論述等方面還存在不足之處，論述不準確、不深入、不全面皆受本人學識、知識水平所限，衷心期待廣大讀者、各位專家學者不吝賜教，批評指正。塗華民2017年3月於石家莊市博士專家樓

在線試讀

顏色無比神奇，人們可以用它來形容世間萬物，也可以用它來抒發人深沉的感悟，它給人類帶來了無窮的樂趣。我們生活在一個色彩斑斕的世界，如晶瑩的水晶、清澈的流水、閃亮的金屬、絢麗的花朵、烏黑的煤、雪白的鹽等，大自然演奏出和諧的色彩交響曲。人類語言中關於色彩的比喻不勝枚舉，無不處處體現著人類與色彩的千絲萬縷的聯繫。色彩促使人類接近大自然，色彩豐富人類的生活。然而，物質的顏色形成是一個很復雜的問題，一些物質的呈色常常有多種起因，影響因素很多，因此要想準確地預測某種化合物的顏色往往還是很困難的事情。如何捕捉色彩遊戲中閃爍著的想像的靈光？如何了解人類色彩世界中掩藏著的神秘、比喻和我們歷史中的秘密？如何去領會各種色彩孤獨的影像和色彩之間不安的律動？如何去理解和界定色彩意義所譜寫的贊歌？對於陽光照射的化合物，如果一種化合物能夠吸收全部波長的光，則它呈現黑色；如果化合物完全不吸收而是全部反射，則它呈現白色。如果一種化合物能夠將組成日光中的各種波長的光同等程度的吸收一部分，則它將呈現灰色。如果日光投射到透明的化合物上，物質完全不吸收而全部透過(或者等同吸收極少的一部分)，則該化合物呈現無色。如果化合物選擇吸收可見光中某一波段的光，透過/或反射其餘各波段的光，則此化合物將呈現所吸收光的補色。對於純晶體而言，隻有無色或有色，不存在白色；對於沉澱來說，不存在的顏色是無色。化合物的分子結構是影響物質發色的內因，因為分子結構決定了物質對光的吸收特性，分子結構的變化會直接影響物質對光的吸收、反射或透射，物質所呈現的顏色便隨之發生變化。化合物的狀態及環境條件是影響物質顏色的外因，特定條件下，外因也可能直接決定物質的呈色。制作焰火離不開火藥，黑火藥通常是由硝酸鉀、硫黃、木炭的混合物組成的。此外，助燃劑、發光劑、發色劑、助響劑等是制作美麗焰火(煙花)的材料，助燃劑一般由鎂鋁合金、硝酸鉀、硝酸鋇等制成；發光劑是由鋁、鎂、鈦等金屬粉末制成；發色劑為一些金屬鹽類化合物，因為這些金屬鹽類在燃燒時會發出自己特色的光，化學上稱為焰色反應。鈉鹽發黃光，鉀鹽發淺紫色光，鍶鹽燃燒發紅光，鋇鹽發藍綠光，銅鹽發綠光，助響劑由氯酸鉀、高氯酸鉀等制成。燃燒的木柴裡的某些化學成分也會產生不同的顏色，火焰中含鈉會發出明亮的黃光，含鈣會放出深紅色的光，有磷則會有綠光。柴火的溫度比蠟燭火焰低，顏色看起來更偏橙色一些。但是因為其中有些碳粒，它們溫度很高，會呈現出黃色，所以看到的是黃色火焰。這些瑰麗多彩的焰火，就是利用堿金屬和鈣、鍶、鋇鹽在灼燒時產生不同焰色的原理制造的。焰火中的主要材料有：木炭、硫黃等(燃燒劑)；硝酸鉀(KNO3)，氯酸鉀KClO3等[助燃劑(即氧化劑)]；鎂粉、鋁鎂合金或鋁粉等，這些金屬粉末能夠猛烈燃燒，放射出白熾光芒(發光劑)；發色劑是整個焰火的主角。焰火的絢麗色彩，全倚仗發色劑。發色劑其實是一些普通的金屬鹽類。每種金屬鹽都會在高溫下，放射出自己固有的色彩光芒。例如：硝酸鈉與碳酸氫鈉會發出黃光；硝酸鍶發出紅光；硝酸鋇發出綠光；銅鹽把火焰染成翠綠色，碳酸銅、硫酸銅發出藍光等。二氧化鉛(PbO2)常溫下為棕褐色結晶或粉末，用於染料、火柴、焰火及合成橡膠的制造，還用於高氯酸鹽、高壓避雷器的制造。鉛經過煉化，在不同反應條件下，特別是不同溫度條件下，可以形成各種不同顏色的鉛的氧化物，例如Pb2O(灰色)，PbO(黃紅色)，Pb2O3(橘黃色)，PbO2(深棕色)，Pb3O4 (紅鉛，紅色)。鉛與氧的比例不同，還可能生成Pb4O5，Pb5O7，Pb5O8等，“煉化還成九光”是煉丹時由於火候不一、溫度不同、氧化程度不一樣而生成了各種不同顏色鉛的氧化物的一種描述。由於S2離子比O2的變形性大，而O2又比OH離子的變形性大，所以硫化物的顏色較氧化物深，而多數的氫氧化物為白色(金屬離子本身有色者除外)。

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