화학물질의 색

화학 물질의 색은 화학 물질로, 대부분의 경우 화학 물질에 의해 수행되는 에너지의 흡수로 인한 전자의 흥분으로부터 오는 물질이다. 눈에 보이는 것은 흡수된 색이 아니라 흡수된 파장의 제거로 인한 보완색이다. 이 스펙트럼 원근법은 원자 분광학에서 처음 언급되었다.

에너지 흡수 및 방출에 의한 화학 구조 연구를 일반적으로 분광법이라고 한다.

이론

모든 원자와 분자는 광자의 형태로 에너지를 흡수하고 방출할 수 있으며, 양자 상태의 변화를 수반한다. 흡수되거나 방출되는 에너지의 양은 두 양자 상태의 에너지 사이의 차이다. 예를 들어, 분자의 회전 및 진동 상태를 포함한 다양한 형태의 양자 상태가 있다. 그러나 일반적으로 가시광선이라고 불리는 인간의 눈에 보이는 에너지의 방출은 개인에 따라 약 380nm에서 760nm의 파장에 걸쳐 있으며, 이 범위의 광자는 대개 원자 또는 분자 궤도 양자 상태의 변화에 수반한다. 빛에 대한 인식은 이 대역 내의 서로 다른 파장 범위에 민감한 눈의 색 수용체 세 가지 유형에 의해 좌우된다.

에너지와 파장의 관계는 플랑크-아인슈타인 관계에 의해 결정된다.

${\displaystyle E=hf={\frac {hc}{\lambda }}\,\!}$

여기서 E는 양자(포톤)의 에너지, f는 광파의 주파수, h는 플랑크의 상수, λ은 파장, c는 빛의 속도다.

다양한 양자 상태의 에너지 사이의 관계는 원자 궤도, 분자 궤도, 리간드 장 이론, 크리스탈 장 이론에 의해 처리된다. 특정 파장의 광자가 물질에 의해 흡수된다면, 그 물질로부터 반사되거나 그 물질로 전달되는 빛을 관찰할 때, 우리가 보는 것은 남아있는 다른 가시 파장으로 구성된 보완적 색이다. 예를 들어, 베타 카로틴은 454 nm(파란색 빛)의 최대 흡수를 가지고 있으며, 결과적으로 가시광선이 남아 있는 것은 주황색으로 보인다.

파장별 색상

아래는 파장, 색상, 보완적 색상의 대략적인 표다. 이는 기존의 RYB 컬러 휠이 아닌 과학적인 CMY와 RGB 컬러 휠을 활용한다.^[1]

이것은 예를 들어 647-700 대역 내의 좁은 파장 범위가 흡수되면 청색 수용체가 완전히 자극을 받아 청록색을 만들고 적색 수용체가 부분적으로 자극을 받아 청록색을 희끗희끗한 색조로 희석시키는 등 매우 거친 지침으로만 사용할 수 있다.

카테고리별

단순 무기질(예: 염화 나트륨)과 유기 화합물(예: 에탄올)의 대부분은 무색이다. 전이 금속 화합물은 종종 다른 에너지의 d-orbital들 사이의 전자의 전환 때문에 색칠된다. (전환 금속#색상 화합물 참조). 유기 화합물은 광범위한 결합이 있을 때 색상이 변하기 쉬워서 HOMO와 LUMO 사이의 에너지 갭을 감소시켜 UV에서 가시 영역으로 흡수대역을 가져온다. 마찬가지로 색은 화합물에 흡수된 에너지 때문인데, 이때 전자가 HOMO에서 LUMO로 전환되는 경우. 리코펜은 광범위한 결합(11공합 이중 결합)을 가진 화합물의 고전적인 예로서 강렬한 적색(리코펜은 토마토의 색상을 책임진다. 충전환승 단지는 여러 가지 이유로 매우 강렬한 색채를 띠는 경향이 있다.

예

그러나 원소 색상은 화학적 상태뿐만 아니라 복잡한 상태에 따라 달라질 수 있다는 점에 유의해야 한다. 바나듐(III)의 예: VCl은₃ 특유의 적갈색 색상이 있는 반면 VO는₂₃ 검은색으로 나타난다.

소금

화합물의 색을 예측하는 것은 매우 복잡할 수 있다. 일부 예는 다음과 같다.

• 염화 코발트는 수분 상태(파란색 건조, 물과 함께 분홍색)에 따라 분홍색 또는 파랑색이므로 실리카겔에 수분 지표로 사용된다.
• 산화 아연은 흰색이지만 온도가 높을수록 노란색이 되어 식으면서 흰색으로 돌아온다.

불꽃 속의 이온

가스

비드 테스트

불꽃 테스트에서 흔히 발견되는 색상과 유사한 다양한 색상이 비드 테스트에서 생산되는데, 이것은 금속을 결정하기 위한 정성 테스트인 것이다. 백금 고리를 적셔 해당 물질의 고운 가루와 붕소에 담근다. 접착된 가루가 있는 루프는 혼합되어 비드의 색이 관찰될 때까지 불꽃으로 가열된다.

참조