離子化合物的顏色成因淺析

李靜萍　韓小茜

摘 要：本文從離子極化作用、離子的電子層結(jié)構(gòu)等對離子化合物的顏色加以說明，并對含氧酸根離子顏色的成因做了淺析。

關(guān)鍵詞：離子化合物 顏色 極化左右 電子層結(jié)構(gòu)

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-1578（2015）10-0025-01

物質(zhì)若能使可見光（波長400～730nm）通過，則本身無色透明；若能很好地反射可見光中的一切光，則為白色；若能完全吸收可見光中的一切光，則為黑色；若選擇地吸收可見光中的某一部分光，而把其余部分的光透過或散射出來。人們?nèi)庋劭吹降木褪沁@部分物質(zhì)呈現(xiàn)的顏色，也就是吸收那部分光的互補(bǔ)色。例如某種離子化合物吸收了藍(lán)綠色光，而透過的是紫色和紅色光，這種離子化合物就呈現(xiàn)紫紅色。

物質(zhì)吸收可見光時(shí)，電子就從能量較低的軌道跳到能量較高的軌道，如d-d軌道躍遷，軌道間的能量差△E與光的頻率ν的關(guān)系是：

△E=hν=hc/λ

式中h是Planck常數(shù)；c為光速；ν為頻率；λ為波長。

物質(zhì)能量差△E等于物質(zhì)吸收可見光中的部分或一切光時(shí)（吸收光的頻率為ν），就呈現(xiàn)一定顏色（吸收光的互補(bǔ)色）；能量差△E越小，呈現(xiàn)的顏色越深；能量差△E大于可見光能量的上限，或小于可見光能量的下限，就不呈現(xiàn)顏色。

影響離子化合物顏色的因素很多，其中組成離子化合物的離子間的極化作用的大小對物質(zhì)的顏色影響最為明顯，因?yàn)闃O化之后，電子能級改變，致使△E能量差變小，所以只要吸收可見光部分的能量即可引起激發(fā)，從而呈現(xiàn)出顏色，極化作用越強(qiáng)，△E能量差越小，物質(zhì)吸收可見光中的波長越大，化合物的顏色就越深（但在波長580～700nm 范圍內(nèi)，出現(xiàn)反常，波長增大，化合物的顏色變淺）。

除了離子間的極化作用因素之外，離子的電子層結(jié)構(gòu)對離子化合物顏色的影響也不小，從離子的電子層結(jié)構(gòu)來看，不含未成對電子的離子，即8電子外層、18電子外層、（18+2）電子外層的離子，都沒有顏色，如Na+（8電子外層），Zn2+（18電子外層），Pb2+（18+2電子外層）。具有不規(guī)則外層的離子，如Fe3+、Co2+、Mn2+、Cr3+、鑭系和錒系元素的許多離子則有顏色。這是由于在這些離子中有未成對的d或f電子，激發(fā)這種電子所需要的能量較小，可發(fā)生d-d或f-f躍遷，對于電子構(gòu)型不飽滿（即d軌道沒有充滿。都有未成對的d電子）的金屬離子，在吸收了一部分光能后，就可以使d電子從低能級的d軌道向高能級的d軌道躍遷.這種躍遷稱為d-d躍遷.其能量差一般在10000～30000cm 范圍。由于吸收光的波長在可見光范圍以內(nèi)，所以呈現(xiàn)一定的顏色。

兩種無色的離子有可能形成有色的化合物，例如PbI2，雖然Pb2+和I-離子都無色，PbI2卻是黃色的。這可以用離子極化作用來解釋?；衔镏姓x子的極化力較強(qiáng)或負(fù)離子的變形性較大，都會(huì)使化合物呈現(xiàn)顏色。例如，S2-離子的變形性比O2-離子大，因此硫化物的顏色一般總要比相應(yīng)的氧化物深。又如，具有相同電子結(jié)構(gòu)的K+、Ca2+、Sc3+、Ti4+、V5+、Mn7+的氧化物的顏色隨著正離子電荷的增加而加深，這是因?yàn)檎姾稍蕉啵x子的極化力越強(qiáng)。

物質(zhì)呈現(xiàn)的顏色還與其它因素有關(guān)。如，溫度升高，軌道間的能量差△E趨于零，化合物的顏色變深。室溫時(shí)是淺黃色的AgI，在低溫時(shí)是白色的，而在高溫則呈洋紅色。又如，物質(zhì)的顆粒大小不同，對不同波長的光的散射能力不同，呈現(xiàn)的顏色也不同。鉑片是灰白色的，分散度極高的鉑則是黑色的，因此叫做鉑黑。

對于某些具有顏色的含氧酸根離子，如VO43-（淡黃色），CrO42-（黃色） ，MnO4-（紫色）等，它們的顏色被認(rèn)為是電荷遷移引起的。V（V），Cr（VI），Mn（VII）它們都為d0電子構(gòu)型，沒有d電子，均有較強(qiáng)的奪取電子的能力，不可能發(fā)生d-d躍遷，它們的顏色是因強(qiáng)吸收（ 常發(fā)生在紫外區(qū)），這些酸根離子吸收了一部分能量后，氧陰離子的電荷會(huì)向金屬離子遷移，伴隨電荷遷移，這些離子呈現(xiàn)不同的顏色。

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