Hóa học và màu sắc màu sắc và cơ chế hình thành màu sắc

 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự cảm thụ màu sắc:  Nguồn sáng khác nhau  Hướng quan sát góc quan sát khác nhau  Nền khác nhau, kích cỡ khác nhau Bản chất của ánh sáng I..  Màu sắc của

Hóa Học Và Màu Sắc Bài Thuyết Trình

Nhóm 10

I Màu sắc và cơ chế hình thành màu sắc

1 Khái niệm màu sắc :

 Màu sắc là cảm giác mang đến cho hệ thần kinh của con người từ sự kết hợp tín hiệu của ba loại tế bào cảm

thụ màu ở mắt người Cảm giác này cũng bị ảnh hưởng “ dài hạn “ từ trí nhớ lưu lại trong quá trình học hỏi

từ khi lớn lên, và ngắn hạn bởi các hiệu ứng ánh sáng của phông nền

2 Cơ chế hình thành màu sắc :

Ánh Sáng

Chất hóa học

Mắt người

I Màu sắc và cơ chế hình thành màu sắc

 Ánh sáng vừa là hạt, vừa là sóng điện từ với các bước sóng khác nhau Mắt chúng ta chỉ nhìn thấy các dao động điện từ ánh sáng ở vùng có bước sóng

400 - 750µm

 Vật thể chỉ hấp thụ một số tia sáng và tán xạ những tia còn lại, mắt cho ta thấy màu của những tia không bị tán xạ

 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự cảm thụ màu sắc:

 Nguồn sáng khác nhau

 Hướng quan sát( góc quan sát ) khác nhau

 Nền khác nhau, kích cỡ khác nhau

Bản chất của ánh sáng

I Màu sắc và cơ chế hình thành màu sắc

 Màu sắc của chất chủ yếu có liên quan đến tính linh động của electron trong phân tử

và khả năng di chuyển của các electrong lên các mức năng lượng khác khi hấp thụ lượng tử ánh sáng

 Khi các chất hấp thụ và phản xạ tia sáng mặt trời để tạo màu sắc cho các chất, thì electron trong nguyên tử, phân tử sẽ chịu trách nhiệm chính, bởi vì trong nguyên tử thì electron là phân tử linh động nhất Khi tương tác với chùm ánh sáng chiếu vào thì trạng thái của electron sẽ bị thay đổi Hiện tượng hấp thụ và phản xạ ánh sáng sẽ diễn

ra và chất thể hiện màu sắc tùy thuộc vào đặc điểm của sự hấp thụ và phản xạ ánh sáng của chất, nghĩa là phụ thuộc vào cấu trúc của electron của nguyên tử, phân tử tạo thành chất

 Không chất nào có màu “tự thân “ của nó, mà màu chủa chất là kết quả của sự hòa trộn màu của các tia sáng mà nó phản xạ

Đặc điểm các chất hóa học

I Màu sắc và cơ chế hình thành màu sắc

 Các chất trong tự nhiên tự chúng không có màu sắc mà chỉ hấp thụ, sau

đó truyền tải và phản xạ ánh sáng vào mắt người

Mắt người

I Màu sắc và cơ chế hình thành màu sắc

II Cấu tạo phân tử và màu sắc

 Mặc dù trong các trường hợp, màu phát sinh là do tương tác của các lượng tử ánh sáng với electron trong các

phân tử của các chất, nhưng vì trạng thái của electron trong kim loại và không phải kim loại trong các hợp chất hữu cơ và vô cơ là khác nhau, nên cơ chế xuất hiện màu là khác nhau

 Màu của đa số các chất vô vơ được quyết định bởi các bước chuyển electron và sự chuyển điện tích từ nguyên

tử của nguyên tố này sang nguyên tử của nguyên tố khác Đóng vai trò cơ bản, quyết định trong trường hợp này là lớp vỏ electron ngoài cùng của nó

 Không phải tất cả các chất hữu cơ đều có màu Tuy nhiên, ở những chất có màu thì trong cấu trúc phân tử có

điểm giống nhau, tất cả chúng thường là những phân tử lớn gồm hàng chục nguyên tử Có ý nghĩa đối với sự xuất hiện màu không phải là các electron của những nguyên tử riêng biệt, mà là trạng thái của hệ electron bao trùm toàn bộ phân tử Độ linh động của hệ này, cũng như khả năng dễ dàng thay đổi trạng thái của nó dưới tác động của ánh sáng quyết định sự hấp thụ chọn lọc ánh sáng để tạo ra màu sắc mà ta nhìn thấy được

III Màu của kim loại

 Màu của kim loại phụ thuộc vào chỗ chúng phản xạ những sóng có bước sóng như thế nào Đa số các chất vô

cơ có màu đều liên quan với các ion kim loại, mà bản thân các kim loại lại là một trong số các kiểu đơn chất có màu, nên ta phải xét đến sự phụ thuộc của màu kim loại vào cấu trúc của nó

 Một trong những đặc điểm đáng chú ý là tất cả các kim loại chuyển tiếp đều là các hợp chất có màu Khi một

phức chất hình thành, hình dạng của obitan thay đổi Một số obitan chuyển sang trạng thái năng lượng cao hơn hoặc thấp hơn Điều này tạo thành một khoảng trống năng lượng Các electron có thể hấp thụ một photon ánh sáng và chuyển từ trạng thái năng lượng thấp hơn sang trạng thái cao hơn Bước sóng của photon bị hấp thụ phụ thuộc vào kích thước của khe nhỏ năng lượng Các bước sóng ánh sáng không bị hấp thụ sẽ truyền qua một phức hợp Một số ánh sáng cũng bị phản xạ trở lại phân tử Sự kết hợp giữa hấp thụ, phản xạ và truyền dẫn màu sắc biểu kiến của phức chất

 Các kim loại chuyển tiếp có thể có nhiều hơn một màu là do các điện tích khác nhau của một kim loại chuyển

tiếp có thể tạo ra các màu khác nhau Ngoài ra, còn có yếu tố khác là thành phần hóa học của phối tử Cùng một điện tích trên một ion kim loại có thể tạo ra màu khác nhau tùy thuộc vào phối tử mà nó liên kết

IV Nguyên tử như nhau – màu khác nhau

Photpho trắng Photpho đỏ Photpho tím Photpho đen

 Trạng thái của ion trong dung dịch chịu ảnh hưởng của các phân tử dung môi Trong tinh thể chất rắn, nguyên

tử hay ion chịu tác động của một số nguyên tử hay ion nằm gần đó nhất Các nguyên tử và ion trong mạng lưới tinh thể liên tục gây ra những dao động, khi đó thì khoảng cách giữa các hạt lúc lớn hơn, lúc nhỏ hơn khoảng cách cân bằng Điều này gây ra sự tương tác khi thì yếu hơn, khi thì mạnh hơn giữa các nguyên tử Nếu ảnh hưởng đó đủ lớn thì nguyên tử hay ion ở cạnh bắt đầu bị biến dạng, nghĩa là sự phân bố luôn luôn không đồng đều mật độ electron xung quanh hạt nhân Những lực hút phụ sinh ra giữa các ion có ảnh hưởng đến tương tác của các nguyên tử tạo thành mạng lưới tinh thể Ảnh hưởng này làm thay đổi màu sắc của chất

 Ta có thể giải thích sự thay đổi màu sắc do sự biến đổi trạng thái electron gây nên và có liên quan đến sự thay

đổi cấu trúc bằng dao động tinh thể

 Các nguyên tử có cấu trúc khác nhau  màu sắc khác nhau  những tính chất vật lý và hóa học khác nhau

IV Nguyên tử như nhau – màu khác nhau

 Ví dụ:

IV Nguyên tử như nhau – màu khác nhau

 Lưu huỳnh có cấu trúc tinh thể khác nhau dẫn đến các tính chất vật lý cũng khác nhau

IV Nguyên tử như nhau – màu khác nhau

 Ozon tác dụng được với Ag còn oxi thì không     2Ag + O3 → Ag2O + O2     

 Ozon đẩy được iot ra khỏi dung dịch KI còn oxi thì không 2KI + O3  → 2KOH + I2 + O2

 Ví dụ:

 Trong một số trường hợp thì màu của cùng một chất không phụ thuộc vào mạng lưới tinh thể Màu của những

tinh thể cấu tạo từ những ion hay nguyên tử không màu xuất hiện là do sự phá vỡ những tính chất lý tưởng của mạng lưới tinh thể Ta có thể giải thích sự thay đổi màu sắc do sự biến đổi trạng thái electron gây nên và có liên quan đến sự thay đổi cấu trúc bằng dao động tinh thể

 Một là do sự phân bố không đúng của các nguyên tử tạo nên mạng lưới tinh thể Các nguyên tử không có mặt ở

nơi mà chúng cần phải có làm sinh ra những chỗ trống (chỗ khuyết trong mạng lưới tinh thể)

 Hai là màu của các chất không màu được quyết định bởi sự có mặt các nguyên tử của những nguyên tố lạ và các

tạp chất ngẫu nhiên Các nguyên tử khác loại có thể phân tán trong toàn tinh thể hay nhóm họp lại với nhau

Trong hai trường hợp này thì chúng đều làm sai lệch mạng lưới tinh thể

V Phân tử không màu mà chất lại có màu

V Phân tử không màu mà chất lại có màu

 Vì trong muối ăn ngoài NaCl còn lẫn MgCl2 và CaCl2.

 Phân tử NaCl không màu nhưng muối lại có màu trắng

 Những chất vô cơ mà phân tử của chúng được tạo thành bởi những nguyên tố s, p và chúng có những ion với

các vỏ electron được lắp đầy là những chất không có màu hay có màu trắng: gồm các cation của kim loại kiềm

và kiềm thổ, các anion của những nguyên tố không kim loại thuộc ba chu kì đầu

 Trong phân nhóm phụ, có màu trắng là những hợp chất của các nguyên tố thuộc nhóm IV (các kim loại chuyển

tiếp): titan và zixoni Ở titan và ziconi, sự khác nhau về năng lượng giữa các phân mức đã lắp đầy và các phân mức trống quá lớn Các lượng tử ánh sáng trông thấy không đủ năng lượng để kích thích các electron

 Đa số trường hợp các ion có những lớp vỏ chưa hoàn chỉnh tạo ra những hợp chất có màu Đồng thời, nếu

anion không có khả năng phân cực mạnh thì màu được quyết định bởi cation và tương ứng với màu của cation trong dung dịch nước: của sắt – màu vàng, của đồng – màu lam,

 Sự tăng bán kính ion và giảm điện tích dương của hạt nhân tạo điều kiện để tăng độ biến dạng, sự có màu của

một hợp chất được tạo thành bởi những anion và cation cụ thể Có sự phát sinh màu ở oxit của nguyên tố và

VI Mối liên hệ giữa màu của các chất với vị trí của các

nguyên tố trong hệ thông tuần hoàn

 Màu của các hợp chất vô cơ được quyết định bởi trạng thái oxi hóa của các ion

trong hợp chất khả năng thay đổi màu được quyết định bởi trạng thái khác nhau của các electron tùy theo mức oxi hóa Các tinh thể MnSO4 hay MnCO3 không có màu nhưng oxit MnO có màu lục sẫm, MnCl2 có màu hồng Màu sắc khác nhau như vậy là do sự biến đổi tính chất của các ion Mn

 Với Crom cũng xảy ra hiện tượng như vậy: ion Cr2+ hidrat hóa có màu lam,

Cr(CH3COO)2 có màu đỏ, CrCl3 có màu tím, Ở các nguyên tố chuyển tiếp khác cũng có những hiện tượng như vậy

 Sự biến đổi màu của các dung dịch theo mức oxi hóa cũng là thuộc tính của

các nguyên tố kim loại Chẳng hạn như iot ở trạng thái rắng có màu tím Trong dung dịch axit sufuric 100% dung dịch iot có màu hồng Khi cho chất oxi hóa vào thì dung dịch gồm chủ yếu có ion I+ trở thành có màu chàm sẫm

VII Các ion có màu sắc khác nhau của một kim loại

 Các cation và anion trong dung dịch được bao quanh bởi một lớp dung môi Trong dung dịch các ion không chỉ

có thể tác động lẫn nhau mà còn đến tác động đến các phân tử dung môi bao quanh chúng và rồi các phân tử

đó cũng tác động đến các ion

VIII Môi trường tác động đến màu sắc như thế nào

 Sự thay dung môi này bằng dung môi khác cũng có thể ảnh hưởng đến màu của hợp chất Dung dịch CoCl2

trong rượu etylic có màu chàm trở thành màu hồng khi pha loãng bằng nước Thay cho màu lam thông thường của các ion đồng bị hiđrat hóa, thì màu lục xuất hiện khi ta hòa tan bột muối khan màu trắng của CuCl2 trong rượu etylic

 Nguyên nhân biến đổi màu là do độ biến dạng của các phân tử dung môi và các cation chịu tác dụng phân cực

của các phân tử nước và etanol Những electron linh động dễ bị kich thích, có khả năng hấp thụ những lượng tử khác của ánh sáng trông thấy Trong dung dịch rượu của đồng phần tia chàm giảm xuống trong các tia phản xạ làm cho dung dịch trở thành màu lục Khi thay dung môi, màu thậm chí còn có thể biến mất hoàn toàn Màu vàng của PbI2 biến mất khi cho vào nước Màu bị biến mất là do chất bị phân ly thành những ion riêng biệt không màu, khi ở chung trong kết tủa thì chúng lại tạo ra màu

VIII Môi trường tác động đến màu sắc như thế nào

 Màu của hợp chất hữu cơ được quyết định bởi sự hấp thụ ánh sáng trông thấy và phụ thuộc vào độ chuyển dễ

dàng sang trạng thái kích thích của electron π trong hệ liên hợp Do đó mọi biến đổi trong phân tử động chạm đến trạng thái của những electron này đều được phản ánh trên màu

 Có thể biến phân tử không màu có chứa hệ liên hợp thành phân tử có màu, nếu làm cho nó bị ion hóa Chẳng

hạn như khi thêm bazơ vào p-nitrophenol không màu thì ta có thể diều chế được p-nitrophenol có màu vàng

 Các phương thức ion hóa phân tử có thể rất khác nhau Phương thức phổ biến nhất có lẽ là phương thức thay

đổi độ axit của môi trường Người ta sử dụng phương thức này khi nhuộm vải bằng cách thay đổi môi trường, chuyển thuốc nhuộm từ dạng này sang dạng khác Phương thức thay đổi màu thuốc nhuộm hữu cơ hữu hiệu khác là sự tạo muối Nếu tự tạo muối xảy ra do sự kết hợp vào nhóm amin và biến nó thành NH3 thì màu trở nên cao hơn và thậm chí có thể mất hoàn toàn

IX Màu của các chất hữu cơ