Реферат на тему:
"Химия цвета"
Выполнила: Кекало Екатерина
Минск, 2004г

Содержание:
Введение
Строение молекул и цвет
·                    Спектры поглощения и цвет неорганических веществ
·                    Особенности твердого состояния неорганических красителей
·                    Цвет металлов
·                    Атомы те же – окраска разная
·                    Молекулы бесцветны, а вещество окрашено
·                    Цвет полярных молекул
·                    Связь цвета вещества с положением в периодической системе
·                    Разноцветные ионы одного металла
·                    Среда воздействует на цвет
·                    Основы структурной теории цветности органических молекул
Колориметрия (наука о методах измерения и количественного выражения цвета)
Список литературы

Введение.
Знаменитые  строки,  принадлежащие  перу великого русского поэта Сергея Есенина:
Словно я весенней гулкой ранью
Проскакал на розовом коне…
долгое время казались лишь великолепным поэтическим образом, не имеющим никакого реального основания. Всем известно, что розовых лошадей в природе не бывает. Однако на самом деле это факт, который не ускользнул от точного взгляда поэта. На рассвете, когда не само солнце, а лишь его лучи появляются над землей, "алый свет зари" окрашивает белые цвета в нежные розовые тона. Отража­ть от белой поверхности, "красные" лучи, преобладаю­щие и потоке света, вызывают ощущение розового или красноватого цвета. Такова одна из особенностей восприятия нами красочного мира.                                    
Значит, цвет зависит не только от того, как окрашено вещество, но и от того, как оно освещено. Ведь цвет у ве­щества мы различаем лишь в том случае, когда на него падает луч света. В темноте все кажется черным. Следо­вательно, чтобы разобраться в природе цвета, надо пом­нить свойства световых лучей.
Обстоятельства совсем другого характера убеждают нас в том, что выражение "голубая кровь" может иметь не иносказательный, а самый прямой смысл. Кровь рыб, выловленных в море, ничем не отличается по цвету от крови других крупных живых существ. Но в глубинах океана обитают существа, в теле которых действительно кровь голубого цвета. Одними из таких представителей являются голотурии. В пигменте, обеспечивающем цвет крови, вместо железа содержится ванадий. Именно его соединения придают голубую окраску жидкости, содержащейся в глоуториях. В тех  глубинах,  где они обитают, кислорода в воде очень мало и им приходится приспосабливаться к  таким   условиям.   Возникают в организмах соединения, которые "работают" совершенно иначе, чем у обитателей воздушного окружения. Структура образовавшихся соединений определяет и цвет.
Садоводов и цветоводов трудно удивить необычностью окрасок цветов и листьев. Черные тюльпаны, голубые ро­зы и  самые разнообразные оттенки сирени можно видеть на всех выставках цветов. И все же листья имеют зеленый цвет (так как в них образуется хлорофилл), однако не у всех растений. Вам могут перечислить целый ряд таких, у которых листья имеют другой цвет: лиловый, фиолетовый, присный или смесь оттенков незеленого цвета. Процессы, происходящие в листьях этих растений, приводят к образованию не только зеленого хлорофилла, но и химических структур, преобладающих в них и придающих необычный цвет, казалось бы, обычным листьям. Как тут не вспомнить другие есенинские строки:
Ягненочек кудрявый – месяц
Гуляет в голубой траве…
Никого уже сейчас не удивляют краски, светящиеся в темноте, цветные кинофильмы и цветная фотография, ткани необычных расцветок. Давно ли мы перестали смо­треть па цветной телевизор как на сказочное чудо? Со­временная наука и техника каждодневно дарят нам осу­ществление того или иного стремления человека к красо­те, яркости и цвету. Успехи химического производства, достижения в целом ряде смежных дисциплин: биологии, физики, медицине, а также действие полупроводников и оптические процессы в лазерах  невозможно понять   без знания основ взаимодействия света с молекулами, результатом которого является цвет.
Цвет, так же как и практически каждое крупное явле­ние природы, имеет особенности, относимые нами к различным областям естествознания. Подробно останавлива­ясь на химической сущности цвета, нельзя, однако, не вспомнить тех уроков физики, на которых рассматрива­лись свойства светового луча, спектр и другие явления, относящиеся к проблеме цвета, уроки биологии, связанные с особенностями зрения. Ведь цвета, которые мы воспринимаем, есть результат нескольких процессов:
1)                взаимодействия магнитных колебаний, из которых состоит световой луч, с молекулами вещества;
2)                избирательного  поглощения,   обусловленного   особенностями структуры молекул, обладающих цветом,  тех или иных световых волн;
3)                воздействие лучей, отраженных или прошедших через вещество, на сетчатку глаза или на оптический прибор, способный различать цвет.
Без света все кажется темным. Однако видимый свет — это лишь небольшая часть общего потока электромагнитных волн, доступная непосредственному наблюдению человеком. Цвет может возникать и в том случае, когда поток падающих на вещество электромагнитных волн не воспринимается глазом. Так, некоторые краски и ткани начинают принимать разные порой фантастические расцветки, когда на них действует ультрафиолетовое излучение. Электроны, поглощающие энергию падающих лучей, начинают отдавать ее в виде волн другого диапазона, воспринимаемых человеческим глазом.
Состояние электронов в молекуле — вот основа для объяснения цвета. Подвижность электронов, их способность переходить с одного энергетического уровня на другой, перемещаться от одного атома к другому — все это создает возможность появления цвета.
Только на  электронном уровне  становятся понятны принципы учения о цвете. Пользуясь ими, можно успешно рассмотреть и появление окраски у бесцветной соли при растворении в воде или других растворителях, "выгорание красителя" под действием солнечного света, действие индикаторов   и   цветовых   определителей   температуры "цветных градусников".  Красители и краски не только украшают нашу жизнь, но и помогают в технике и различных отраслях народного хозяйства, защищают металлы от разрушения, делают более прочными изделия из полимеров и стекла, охраняют нас от вредных веществ, сигнализируя своей окраской об опасности заражения вредными веществами. Они находят самое разнообразное применение не только в химии, но и химической технологии. В медицине цветные реакции помогают вовремя обнаружить болезни, светящиеся красящие вещества помогают следить за приборами в полумраке кабины автомобиля, в космическом корабле и на капитанском мостике океанского лайнера, пересекающего в любую погоду безбрежный океан.
Строение молекул и цвет.
Единой теории цвета не существует. Однако можно под­метить некоторые закономерности, связывающие окраску со строением молекул. Цвет связан с подвижностью электронов в молекуле вещества и с возможностью перехода электронов при поглощении энергии кванта све­та на еще свободные уровни.
Существуют различия принципиального характера меж­ду механизмами возникновения цвета у металлов, неорга­нических соединений и в органических молекулах. Хотя во всех случаях цвет возникает в результате взаимодействия квантов света с электронами в молекулах вещества, но так как состояние электронов в металлах и неметаллах, орга­нических и неорганических соединениях различно, то и механизм появления цвета неодинаков. У металлов для цвета важна правильность кристаллической решетки и воз­можность электронам относительно свободно двигаться по всему куску металла. Цвет большинства неорганических веществ обусловлен электронными переходами и соответ­ственно переносом заряда от атома одного элемента к ато­му другого. Основную, решающую роль играет в этом слу­чае валентное состояние элемента, его внешняя электрон­ная оболочка.
Далеко не все органические вещества обладают цветом. Однако у тех веществ, которые имеют окраску, в структуре молекул есть принципиальное сходство. Все они, как пра­вило, большие молекулы, состоящие из десятков атомов. Для возникновения цвета имеют значение не электроны отдельных атомов, а состояние системы электронов, охватывающей всю молекулу целиком. Подвижность такой системы, ее способность легко изменять свое состояние под небольшим воздействием световых квантов и обусловли­вает избирательное поглощение определенных волн из на­бора, составляющего видимый свет.
Чтобы понять зависимость цветности от строения, нуж­но рассмотреть, в чем состоят особенности энергетического состояния электронов того или иного типа молекул.
Спектры поглощения и цвет неорганических веществ
Тот или иной цвет вещества означает, что из всего интервала  400-700 нм длин волн пилимого света им погло­щаются какие-то определенные кванты, энергия которых в общем-то невелика.
Из этого в свою очередь следует, что в молекулах окра­шенных веществ энергетические уровни электронов довольно близко расположены друг к другу. Если разница ΔЕ велика, то употребляются другие кванты, несущие больше энергии, например, ультрафиолетовые. Такие ве­щества, как азот, водород, фтор, благородные газы, ка­жутся нам бесцветными. Кванты видимого света не погло­щаются ими, так как не могут привести электроны на бо­лее высокий возбужденный уровень. Если бы наши глаза способны были воспринимать ультрафиолетовые лучи, то в таком ультрафиолетовом свете и водород, и азот, и инерт­ные газы казались бы ним окрашенными.
Чем больше электронов в атоме, тем теснее друг к дру­гу электронные уровни. Особенно хорошо, если в атоме есть незанятые электронами орбиты. В таком случае для перехода электрона из одного состояния в другое требуют­ся кванты света уже с меньшей энергией, которую несут лучи видимой части спектра. Такие многоэлектронные га­логены, как хлор, бром, иод, уже окрашены. Имеют окрас­ку оксиды азота NО₂, N₂О₃ и ковалентные соединения, на­пример CuCl₂, AlI₃. Окраска молекул (рис. 1.), состоящих из нескольких атомов, зависит от целого ряда факторов. Если действие этих факторов таково, что они сближают электронные уровни, то это способствует появлению или углублению окраски. Так более тесное взаимодействие атомов при переходе из газообразного в жидкое и далее твердое состояние может способствовать появлению или
углублению цвета, особенно в тех случаях, когда у атомов есть незанятые электронами орбиты.

Рис. 1. Окраска оксида азота (IV) исчезает при охлаждении (образуется    димер   N₂O₄) и вновь появляется   при   нагре­вании.
Различие в характере вза­имодействия сказывается на спектрах. Спектры поглощения простейших молекуляр­ных соединений — газов и веществ в газообразном состоянии — состоят из не­скольких серий узких полос (линий). Это значит, что из всего потока белого света они выбирают лишь некоторые фотоны, энергия которых как раз равна разнице между основным и "возбужденным" состояниями электро­нов. В жидком и особенно твердом состоянии спектр становится по существу сплошным, так как из-за сильного взаимодействия близко расположенных атомов появляется много новых энергетических уровней электро­нов и, следовательно, увеличиваются возможности новых электронных переходов, растет число уровней энергии мо­лекул и ионов. В спектр входит большое число широких полос, простирающихся на несколько десятков наномет­ров. Интенсивность полос и их различное наложение друг на друга определяет итоговый цвет вещества. Ведь при раз­личных сочетаниях основных цветов: красного, синего, зе­леного или красного, желто­го, синего получа­ются все другие цвета спек­тра.
Как правило, полосы по­глощения у неорганических веществ начинаются в види­мой области, а заканчиваются в ультрафиолетовой. Положение наиболее интенсивных по­лос поглощения и определяет цвет (табл. 1.).
Таблица 1.

Цвет вещества складывается из суммы отраженных волн (или прошедших вещество без задержки), причем интенсивность тех или иных волн может быть различна. Поэтому даже если спектр состоит из одних и тех же волн, но их относительная доля в спектре изменена, то мы видим вещества разного цвета. Лучи, комбинируясь в спектре друг с другом, дадут разную окраску. Вот пример. Кадмий и ртуть — элементы одной и той же подгруппы II группы периодичоской системы. Их атомы отличаются друг от друга числом внутренних электронов. Их сульфиды HgS и CdS сильно поглощают лучи фиолетовой части спектра и значительно слабее — красно-оранжевой (рис. 2.). В результате, казалось бы, незначительной разницы в отражении получается уже иная комбинация: суль­фид кадмия оказывается желтым, а сульфид ртути — оранжевым.

Рис.2. Разница в спектрах поглощения определяет цвет.
На диаграмме приведены спектры нескольких веществ, у которых различна интенсивность отражения волн разных участков видимого света. На рисунке 3 указано, при каких соотношениях мы видим тот или иной цвет. В том случае, если кривые пересекаются, цвета взаимно "уничтожают" друг друга и мы видим только тот цвет, который остается. При отражении цвета с длиной волны 480 нм вещество синее, так как взаимно уничтожились красный и зеленый цвета. При 500 нм — зеленое, выше 600 нм — красное с желтоватым оттенком. Цветовое ощущение от разных ок­расок (получаемое, например, при наложении цветных сте­кол) воспринимается нами как суммарное.

Рис. 3.  Видимый цвет есть результат наложения основных цветов, соответствующих трем нервным центрам, создающих ощущение красного, зеленого и синего.
Особенности твердого состояния неорганических красителей
В первую очередь следует помнить, что неорганические красители, как природные, так и синтетические,— кристал­лические тела. Особенностью их является упорядоченное расположение многих сотен и тысяч атомов, ионов или мо­лекул. Различаются они как по типу входящих в твердое тело частиц, так и по типу химических связей между ними.
Для того чтобы понять их структуру, рассмотрим на зна­комых из школьного курса химии примерах особенности того или иного вида построения агрегатных состояний.
В газообразном состоянии вещества характеризуются значительными расстояниями между частицами и малыми силами взаимодействия между ними. Они способны зани­мать любой предоставленный объем, и их свойства в основ­ном определяются поведением отдельных частиц. В жид­ком же состоянии частицы веществ сближены на расстоя­ния, соизмеримые с их размерами, силы взаимодействия между частицами значительны. Частицы вещества объеди­няются в крупные агрегаты, в которых их взаимное расположение упорядоченное и движение носит колебательный характер (ближний порядок). На значительных расстоя­ниях от центров агрегатов (дальний порядок) эта упорядоченность нарушается. Прочность связей между агрегатами частиц в жидкости невелика, поэтому в жидком состоянии вещество занимает определенный объем, но способно изменять форму под действием силы тяжести. Поведение веществ в этом состоянии определяет­ся как свойствами частиц и их агрегатов, так и взаимодей­ствиями между ними.
В твердом состоянии возникает упорядоченное располо­жение частиц как в ближнем, так и в дальнем порядках. Твердое вещество не только способно сохранять определен­ный объем, но и неизменность формы под действием силы тяжести. Свойства вещества определяются как его элемен­тарным составом, так и структурой. Взаимное располо­жение частиц в твердом веществе характеризуется рас­стоянием между центрами, вокруг которых они совершают колебательные движения. Упорядоченное расположение атомов (рис. 4), многократно повторяющееся вдоль лю­бой прямой линии, называется кристаллической решеткой.

Ионы, имеющие незавершенные оболочки, в большин­стве случаев образуют окрашенные соединения. При этом, если анион не способен к сильной поляризации, то цвет вещества определяется катионом и соответствует окраске катиона в водном. растворе: железа — желтой, меди — го­лубой и др.
У d-элементов IV периода цвет соединений определя­ется переходами электронов с одной d-орбитали на другую и переносом заряда на ион металла. Затягивая электроны с орбиталей аниона, на вакантные орбитали своих атомов, катионы хрома, марганца, железа, кобальта, никеля и не­которых других металлов придают соответствующую окраску всем своим соединениям. Этим же объясняется окраска ряда оксидов элементов с переходными свойствами (ме­таллов).
Необходимо, однако, заметить, что появление возмож­ности того или иного перехода определяется влиянием ато­мов, с которыми соприкасается атом данного d-элемента. Пять d-орбиталей занимают в молекуле несколько иное положение, чем в свободном атоме. Разница в энергиях этих орбиталей как раз соответствует энергии квантов ви­димой части электромагнитного излучения и обусловлива­ет цвет вещества, содержащего ионы Gr³⁺, Fe²⁺, Fe³⁺, Co²⁺, Ni²⁺, Mn⁴⁺, Mn⁷⁺. Цвет некоторых веществ, например окси­да железа (III) Fe₂O₃ и гидроксида железа (III) Fe(OH)₃, определяется сразу двумя обстоятельствами: электронны­ми переходами с одной d-орбитали на другую и переносом заряда с аниона на катион.
Потенциалы переноса заряда зависят от межатомных, межионных, межядерных расстояний. Следовательно, и в соединениях d-элементов большую роль играет деформируемость катиона и аниона.
Элементы больших периодов, расположенные внизу групп элементов, деформируются легко. Особенно если у них имеется много внутренних незавершенных слоев или 18-электронные оболочки. Это относится как к катионам металлов, так и к анионам неметаллов. Примером, подтвер­ждающим такое поведение, может служить взаимное влия­ние ионов свинца Рb²⁺ и иода I^-. Оба они в водном раство­ре бесцветны и раствор иодида свинца тоже не имеет окраски.
Когда же из раствора начинает выделяться осадок этого соединения, то ионы cсближаются друг с другом и выпадает красивый золотисто-желтый осадок кристаллов РbI₂.  Здесь и катион и анион легко деформируются и про­исходит взаимная поляризация. Если ион сильно дефор­мирует оболочку соседа, то говорят о его сильном поляризующем действии.
Росту деформируемости способствует увеличение ра­диуса иона и уменьшение положительного заряда ядра. Так как эти величины предсказуемы на основании периодического закона Д. И. Менделеева, то в принципе можно прогнозировать наличие цвета у того или иного соедине­ния, составленного из каких-либо конкретных анионов и катионов. Возникновение цвета у оксида элемента и отсут­ствие окраски у фторида возможно потому, что кислородный ион поляризуется легче, чем ион фтора, так как у него меньше положительный заряд ядра и больше радиус. Анион серы деформируется еще легче, потому что у него больше внутренних электронных слоев и есть {правда, со­всем пустые) d-орбитали,  которые он использует при обра­зовании химических связей. Однако катионы цинка Zn²⁺, алюминия Al³⁺ и кремния Si⁴⁺, несмотря на довольно боль­шие радиусы, не способны к деформациям, так как у них велик заряд иона.
Разноцветные ионы одного металла
Известно, что цвет большинства неорганических соеди­нений определяется состоянием окисления входящих в него ионов. Этим широко пользуются в аналитической химии. Возможности изменения цвета обусловлены как различным состоянием электронов в зависимости от степени окисления, так   и   изменением   поляризующего   действия   этих ионов.
Ион марганца Мn²⁺ не обладает окраской в водном растворе. Удаление двух электронов с 4s-орбитали не силь­но затрагивает состояния внутренних d-электронов, кото­рых у марганца как раз пять и каждый занимает одно из пяти возможных состояний. Однако более высокие степени окисления уже сильно влияют на эти электроны.
Кристаллы МnSO₄ или МnСОз бесцветны (иногда МnСОз светло-розовый), но оксид МnО серо-зеленый, МnСl₂ и Mn(NO₃)₂ розовые. Если в морской воде создается повы­шенная концентрация марганца, то это сказывается на образовании кораллов, перламутра и жемчуга. В Японии существуют специальные подводные плантации, где раз­водят жемчужниц — двустворчатых моллюсков. У этих организмов на внутренней поверхности раковин отклады­ваются пластинчатые слои арагонита — одна из кристаллических форм карбоната кальция (о второй — кальците — упоминалось в связи со сталактитами). Если в эти слои попадают ионы марганца, то слои начинают приобретать розовый оттенок и получается розовый жемчуг. Включения в них других ионов придает желтоватый оттенок, а очень редко жемчуг бывает даже черным. Так как жемчуг по состааву — это карбонат кальция, то он может возникнуть и в подземных пещерах. В пещерах в Новом Афоне был обна­ружен такой жемчуг в довольно значительном количестве.
Степени окисления марганца +3 соответствует бурый цвет Мn₂О_з или черно-коричневый у Мn₃O₄. Правда, по­следнее соединение содержит не только Мn³⁺, но и Мn⁴⁺, который и углубляет цвет. В обычных условиях МnO₂ — черные кристаллы. Ион Мn⁶⁺ может присутствовать только в составе аниона MnO₄^2-, окрашенного в зеленый цвет. Кис­лота Н₂МnO₄, соответствующая этому аниону, в свободном виде не выделена, а образующаяся из солей при подкислении растворов манганатов:

К₂МnО₄ + 2СН₃СООН → Н₂МnО₄ + 2СН₃СООК
самопроизвольно распадается на темно-коричневый МnО₂ и перманганат КМnO₄:
ЗК₂МnО₄ + 4СН₃СООН → МnО₂ + 2КМпО₄ +
+ 4СН₃СООК + 2Н₂O
Аниону МnО₄^-,  где  степень  окисления  марганца  самая высокая + 7, соответствует уже иной — фиолетово-малиновый цвет. Каждый его наверняка видел — это цвет рас­твора «марганцовки».
Такое разнообразие цветов соединений марганца раз­личных степеней окисления и их одновременное сочетание в растворе позволило К. Шееле назвать К₂МnO₄ минеральным хамелеоном. В 1774 г. этот исследователь получил манганат калия сплавлением:
МnO₂ + 2КОН + KNO₃, → K₂MnO₄ + KNO₂ + Н₂О
Продукт реакции дал с водой раствор зеленого цвета, но постепенно при стоянии на воздухе (под действием кисло­рода) стал превращаться сначала в синий, затем в фиоле­товый и под конец стал малиновым (окраска МnО₄^-).
Такое разнообразие цветов объясняется изменением характера ионов марганца. Чем выше степень окисления, тем больше поляризующее действие марганца. Дело доходит до того, что Мn⁺⁶ и Мn⁺⁷ являются одними из сильных окислителей. У воды они отбирают ион кислорода, созда­вая себе окружение из четырех ионов O^-2. Разница в состоянии лишь одного электрона определяет цвет — зеле­ный или фиолетово-малиновый, но кроме этого — окисли­тельные способности.
Нечто похожее происходит и с ионами хрома. Гидратированный ион хрома Сr²+ голубого цвета. Это один из са­мых сильных восстановителей. Он неустойчив ни в раство­ре, ни в составе твердого вещества. Одно из его относитель­но стойких (в отсутствие воздуха) соединений — ацетат Сr(СНзОО)₂. Поляризующее действие иона Сr²⁺ таково, что ацетат приобретает красный цвет. Ион Сr²⁺ стремится пе­рейти в Сr³⁺, который имеет в растворе уже другой цвет — зеленый, а некоторые из его соединений — фиолетовый (например, СrС1з). Окислением пероксидом натрия можно перевести хром в его высшую степень окисления +6:
2NaCrO₂ + 3Na₂O₂ + 2H₂O → 2Na₂CrO₄ + 4NaOH
                                 зеленоватый                                                желтый
Такой ион Сr⁶⁺ может входить в состав аниона двух кис­лот: хромовой — Н₂СrО₄ и двухромовой — Н₂Cr₂O₇. Каждо­му из них свойственна своя окраска: первому — желтая, а второму — оранжевая. Перевести из одной формы в дру­гую можно добавлением кислоты или щелочи:
2CrO₄^- + 2Н⁺→ Н₂О + Сг₂О₇^2-
Cr₂O₇^2- + 2OH^- → 2CrO₄^2- + H₂O
Естественно, что хром, находящийся  в  высшей  степени окисления,— сильный окислитель:
К₂Cr₂O₇ +  ЗC₂H₅ОН + 4H₂SO₄ → CH₃CHO + Cr₂(SO₄)₃ +
+ K₂SO₄ + 7H₂O
Степень окисления определяется состоянием валентных электронов. Каждой степени окисления соответствует свой цвет и свой характер. От голубого неустойчивого иона +2 с восстановительными свойствами до Сr⁶⁺ — окислителя проходит целая гамма цветов. Изменение свойств иона и изменение цвета имеют одну и ту же основу — определен­ное состояние электронов. Переход от одной степени окис­ления к другой делает электронную систему иона чув­ствительной к световым квантам строго определенной энер­гии, соответствующей разнице энергетических d-подуровней. Многообразие цвета ионных состояний одного и того же элемента доказывает, что это различие довольно тонкое. Подобные цветовые гаммы существуют и у других переходных элементов. В качестве примера приведем изме­нение цвета твёрдых соединений — оксидов и растворов галогенидов ванадия (табл. 2).
Таблица 2.

Изменение цвета растворов в соответствии со степенью окисления свойственно и неметаллам. Так, иод в свобод­ном состоянии имеет фиолетовый цвет. В 100-процентной серной кислоте раствор иода имеет розовый цвет, он соот­ветствует комплексному иону I₃⁺. Этот комплекс состоит из молекулы иода и адсорбированного на ней катиона I⁺, При добавлении окислителя:
2I₃⁺ + НIO₃ + 8H₂SO₄ = 7I⁺ + ЗН₃O⁺ + 8HSO₄^-
цвет раствора, где присутствует в основном ион I⁺, стано­вится темно-синим.
Среда воздействует на цвет
Катионы, анионы в растворе окружены оболочкой раст­ворителя. Слой таких молекул, непосредственно примыка­ющих к иону, называют сольватной оболочкой (от слова solver - растворять). Число входящих сюда молекул опре­делить трудно. Нас, впрочем, интересует иной эффект сольватации.
В растворах ионы могут воздействовать не только друг на друга, но и на окружающие их молекулы растворителя, а те в свою очередь на ионы. При растворении и в резуль­тате сольватации возникает цвет у иона ранее бесцветного. Например, безводные CuF₂ и CuSO₄ белые, а их растворы окрашены в голубой цвет. Это окраска гидратированного иона меди. В его ближайшее окружение входит как мини­мум шесть молекул воды. Четыре из них связаны с ним прочно, а две — слабо. Замена окружения иона из плохо деформируемых ионов F^- и SО₄^2- на легко поляризуемые молекулы воды приводит к появлению цвета. Удаление воды (например, выпариванием) приводит к выпаданию кристаллогидратов того же цвета. Ведь в них содержатся молекулы воды. Так, в кристаллогидрате сульфата меди CuSО₄ • 5H₂О четыре из пяти молекул размещены вокруг иона меди, а пятая занимает промежуточное положение и связана как с Сu²⁺, так и с группой SO₄^2- (рис. 11).

Рис. 11. Схема строения кристаллогидрата модного купороса. В рам­ку  заключена  одна  молекула  CuSО₄ • 5H₂О.   Штрих  означает,  что молекула Н₂О связана с двумя ионами кислорода и другой молеку­лой воды.
Замена молекул воды на аммиак углубляет цвет. Аммиачные молекулы деформируются легче и интенсив­ность окраски усиливается. При этом следует учесть, что происходит более тесное взаимодействие катиона Сu²⁺ с аммиаком — образуется комплексный ион [Cu(NH₃)₄] ⁺. На усилении интенсивности цвета Сu²⁺ основана и известная реакция на многоатомные спирты. Голубой осадок Сu(ОН)₂ переходит в интенсивный синий при образовании глицерата меди. Органическая молекула легко деформи­руется под действием иона меди. В случае меди деформа­ция, видимо, влияет на устойчивость одного из d-электронов меди. Он становится способным, поглощая уже длин­новолновые кванты, пороходить в возбужденное состояние. Если легко деформируемый анион вытесняется из окруже­ния катиона менее поляризуемым, то окраска может исчезнуть вовсе. Например, РbI₂ в твердом виде золотисто-желтый, а в растворе бесцветен. При растворении и после­дующей диссоциации ион I^-, окружавший свинец в твер­дом соединении, заменяется труднее деформируемыми мо­лекулами воды. А раз нет деформации, то исчезает и цвет.
Еще более резко, чем просто растворение, может ска­зываться на цвете соединения замена одного растворителя другим. Синий раствор CoCl₂ в этиловом спирте при разбавлении его водой становится розовым. Вместо привычного голубого цвета гидратированных ионов меди появляется золеный, если белый порошок безводной соли СuСl₂ растворить но в воде, а в этиловом спирте.
Причиной изменения окраски является различная де­формируемость молекул растворителей и катионов, испы­тывающих в свою очередь поляризующее действие со стороны молекул воды или этанола. Подвижные легко возбу­ждающиеся электроны становятся способными поглощать иные кванты видимого цвета. Ион кобальта в воде менее поляризован и для его «цветных» электронов требуются более короткие лучи. Он пропускает или отражает длин­новолновые, отчего его водный раствор кажется розовым. В спиртовом растворе меди в отраженных лучах умень­шается доля синих лучей, и спиртовой раствор становится зеленым. При замене растворителя окраска даже может вовсе исчезнуть. Цветной ион становится как бы невидим­кой: в воде бесследно исчезает золотисто-желтая окраска РbI₂. Исчезновение объясняется тем, что вещество распа­дается на отдельные ионы, каждый из которых бесцветен, будучи вместе в осадке, они обусловливают цвет. Точно так же происходит с димерными молекулами Аl₂Cl₆, кото­рые имеют синий цвет в этаноле и лишаются окраски в воде, потому что при диссоциации вода разобщает катио­ны А1³⁺ и анионы С1^-.
Иногда исчезновение цвета происходит и без распада вещества на ионы.
Ярко-красная соль иодида ртути HgI₂ становится со­вершенно бесцветной при растворении в эфире. Специаль­ными исследованиями установлено, что молекулы находят­ся в растворе в недиссоциированном виде. Причиной исчезновения окраски, как полагают, является уменьшение деформации ионов. В эфире образуются сольватные комплексы типа [HgI₂ (эфир) _x]. Число частиц, на которых ока­зывает свое поляризующее действие катион Hg²⁺, возра­стает: ведь наряду с двумя легко деформируемыми ионами I^1- появляется несколько молекул эфира. Силовое поле катиона дробится между частицами. Его действия уже не хватает, чтобы вызвать поляризацию всех частиц сразу. Деформация каждой из них мала, а у анионов I^1- стано­вится существенно меньше, чем в твердом состоянии. След­ствием такого изменения взаимодействия становится исчезновение цвета. Нужно всего лишь наполовину умень­шить действие двухзарядного катиона ртути на анион иода, чтобы уменьшилась их деформация до такой степени, что молекула становится неокрашена, даже если при этом возрастают ее размеры. Именно так обстоит дело, когда к ярко окрашенному осадку РbI₂ или HgI₂ приливают избы­ток раствора иодида калия. Образующиеся ионы [РbI₄]^2-и [HgI₄]^2- окраски в видимом свете не имеют.
Известно, что кристаллический иод практически не­растворим в воде. В 100-процентной H₂SO₄ образуется розовый раствор, а в 30-процентвом олеуме 0,5 М раствор иода имеет коричневый цвет, такой же, как и в этиловом спирте. Растворители меняют состояние молекул и ионов. В среде концентрированной серной кислоты существуют комплексы и ионы; розовый — I₃⁺, синий I⁺, коричне­вый I₅⁺.    
Основы структурной теории цветности органических молекул
Попытки связать цвет органического вещества с его структурой предпринимаются исключительно давно. При­мерно сто лет назад была выдвинута порвал теория, соединившая окраску с наличием в молекуле соединений опре­деленных групп атомов.
Особое значение для структуры окрашенного соедине­ния имеет цепочка атомов С, связанных друг с другом чередующимися двойными и одинарными связями:
-СН=СН-СН=СН- и т. д.
В таких цепочках проявляется эффект сопряжения. Происходит как бы выравнивание двойных и одинарных связей:


Перекрывание орбиталей, на которых находятся π-электроны, таково, что появляется возможность образования как бы дополнительной связи и между теми углеродными атомами, которые соединены одинарной связью; все атомы охватываются едиными молекулярными орбиталями. Элек­трон получает возможность передвигаться по всей моле­куле в целом.
С подобным эффектом сопряжения мы встречаемся при изучении свойств бензола, у которого невозможно разли­чить отдельные двойные и одинарные связи; да их в молекуле С_бН_б и нет — все связи равноценные (рис. 12).
Однако образование таких делокализованных л-связей накладывает ограничение на строение молекулы: чтобы электронные орбитали могли перекрываться, атомы в мо­лекуле должны лежать хотя бы примерно в одной плос­кости.

Рис. 12. Электронное строение молекулы бензола: а — σ-связи; б — π--связи.
Опытным путем еще до того, как были открыты зако­номерности электронного строения и его изменение при взаимодействии молекулы вещества с лучом света, удалось подметить наиболее важное по влиянии структурных фрагментов молоекул па цвет соединений. Так оказалось, что удлинение цепи сопряженных двойных связей приво­дит к переходу от бесцветного или слабоокрашенного к темным цветам:

Если вместо простых ароматических ядер (типа бен­зольных) появляются конденсированные (типа нафтали­на), то это вызывает углубление цвета,

Группы С = О, связанные друг с другом, вызывают более глубокий цвет соединения:

Более прочная и более тесная связь между атомами угле­рода, относящимися к отдельным частям молекулы, при­водит к более интенсивной и более глубокой окраске:

Кроме цепей сопряжения, ответственными за цвет являются и другие группы атомов, между которыми тоже имеются ненасыщенные связи. Такие группы, благодаря которым возникает возможность появления цвета у веще­ства, получили название хромофоры от греческих слов «хрома» — цвет и «форео» — несу, иначе говоря — «несущие цвет». Вот примеры нескольких таких групп:

Вещества, содержащие хромофоры, называются хромо­генами. Сами по себе эти вещества еще не являются кра­сителями, потому что не отличаются ни яркостью, ни чистотой цвета. Объясняется это тем, что хотя и происходит в таких молекулах перераспределение электронов и их энергии, но не настолько, чтобы избирательно и в значи­тельном количестве поглощать кванты света только одной определенной длины волны. Такая возможность появля­ется лишь после того, как в молекулу соединения будут введены группы, отличающиеся либо резко выраженным сродством к электрону, либо способные свои электроны в значительной мере отдавать в общее пользование. Одним словом, такие группы, которые резко меняют состояние электронов в хромофорных группировках.
Группы, усиливающие окраску веществ, называются ауксохромы (от греческого слово «ауксо» — увеличиваю). Существует два типа таких групп:

Только после введения ауксохромов цвет соединения становится чистым (начинается избирательное поглощение лучей определенной длины волны) и достаточно интенсив­ным (падающий свет легко сдвигает электроны в молеку­ле). Наибольший эффект достигается, когда в молекуле соединения присутствуют одновременно и электронодонорные и электронофильные группы атомов. Одни из них отдают, а другие соответственно притягивают электроны общей электронной системы молекулы.
Итак, из структурных особенностей органических мо­лекул для появления цвета у вещества имеют значение следующие: 1) цепочка из чередующихся одинарных и двойных связей (при этом в такой цепочке могут участво­вать и двойные связи не только между углеродными ато­мами) ; 2) наличие групп или атомов, сильно притягиваю­щих или, наоборот, легко отдающих свои электроны в об­щую электронную систему молекул; 3) атомы в молекуле должны лежать в одной плоскости (или весьма близко к этому состоянию).
Все это подчинено одной цели — легкости воздействия квантов видимого света на электронную систему молекул и перевод ее в возбужденное состояние.
Колориметрия
Цветометрия (колориметрия), наука о методах измерения и количественного выражения цвета. Последний рассматривают как характеристику спектрального состава света (в т. ч. отраженного и пропускаемого несамосветящимися телами) с учетом зрительного восприятия. В соответствии с трехкомпонентной теорией зрения любой цвет можно представить как сумму трех составляющих, так называемых основных цветов. Выбор этих цветов определяет цветовую координатную систему, в которой любой цвет может быть изображен точкой (или цветовым вектором, направленным из начала координат в эту точку) с тремя координатами цвета - тремя числами. Последние соответствуют количествам основных цветов в данном цвете при стандартных условиях его наблюдения.                     
Фундаментальной характеристикой цвета, его качеством, является цветность, которая не зависит от абсолютной величины цветового вектора, а определяется его направлением в цветовой координатной системе. Поэтому цветность удобно характеризовать положением точки пересечения этого вектора с цветовой плоскостью, которая проходит через три точки на осях основных цветов с координатами цвета, равными 1.              
Свойства цветового зрения учитываются по результатам экспериментов с большим числом наблюдателей с нормальным зрением (так называемым стандартным наблюдателем). В этих экспериментах зрительно уравнивают чистые спектральные цвета (то есть цвета, соответствующие монохроматическому свету с определенной длиной волны) со смесями трех основных цветов. Оба цвета наблюдают рядом на двух половинках так называемого фотометрического поля сравнения. В результате строят графики функций сложения цветов, или кривые сложения цветов, в координатах «соотношение основных цветов - длина волны спектрально чистого цвета».                                                                               
Поскольку, согласно закону Г. Грассмана (1853), при данных условиях основные цвета производят в смеси одинаковый визуальный эффект независимо от их спектрального состава; по кривым сложения цветов можно определить координаты  цвета сложного излучения. Для этого сначала цвет последнего представляют в виде суммы чистых спектральных цветов, а затем определяют количества основных цветов, требуемых для получения смеси, зрительно неотличимой от исследуемого цвета.
Фактически основой всех цветовых координатных систем является Международная колориметрическая система RGB (от англ. Red, Green, Blue - красный, зеленый, синий), в которой основными цветами являются красный (соответствующий из­лучению с длиной волны Х= 700 нм), зеленый (Х = 546,1 нм) и синий (Х = 435,8 нм). Измеряемый цвет С в этой системе может быть представлен уравнением: C = R + G + B, где R, G, и В - координаты цвета С. Однако большинство спектрально чис­тых цветов невозможно представить в виде смеси трех упо­мянутых основных цветов. В этих случаях некоторое количество одного (или двух) из основных цветов добавляют к спектраль­ному цвету и полученную смесь уравнивают со смесью двух оставшихся цветов (или с одним оставшимся цветом). В приведенном выше уравнении это учитывается переносом соответствующего члена из левой части в правую. Например, если был добавлен красный цвет, то C+R = G + B, или C= - R+G + B. Наличие отрицательных координат для некоторых цветов - существенный недостаток системы RGB.
Наиболее распространена международная система XYZ, в которой основные цвета X, Y и Z - нереальные цвета, выбранные так, что координаты цвета не принимают отрицательных значений, причем координата У равна яркости наблюдаемого окрашен­ного объекта.
Недостаток цветовой координатной системы XYZ - неравноконтрастность: в зависимости от области цветового пространства на одинаковые по величине участки приходится  разное число (от 1 до 20) цветовых порогов, т.е. границ различения цветов. Это существенно затрудняет согласование измерений с визуальной оценкой.
Поэтому была предложена (1976) цветовая координатная система Lab, где L - яркость, или светлота, которая изменяется от 0 (абсолютно черное тело) до 100 (белое тело), координаты -а, +а, -b, +b определяют зеленый, красный, синий и желтый цвета соответственно.
Цветность представляет собой проекцию данного цвета на плоскость ab. Система Lab более однородна и дает лучшую корреляцию с визуальными определениями, т.к. ее параметры - L, цветность и координаты а и b - близки привычным субъективным характеристикам цвета: светлоте, насыщенности и цветовому тону соответственно.
Восприятие цвета существенно зависит от условий наблюдений. Поэтому в любой цветовой координатной системе при изменении условий изменяются координаты цвета. Это явление называется метамеризмом. Различают 4 основных вида метамеризма, связанные с изменением: 1) источника освещения; 2) наблюдателя; 3) размера измеряемого поля; 4) геометрии наблюдения (напр.. под каким углом смотрят на объект; вида освещения - диффузное или направленное).
Измерения цвета лежат в основе инструментальных методов оценки качества окраски различных материалов красителями, расчета смесевых рецептур крашения, оптимизации и автоматизации химико-технологических процессов крашения и производства красителей.
Список литературы.
1.                Химическая энциклопедия в 5 томах. Том 5. Науч. Изд. «Большая российская энциклопедия» Москва, 1999
2.                Г.Н. Фадеев «Химия и цвет», М. «Просвещение», 1977
3.                Т. Джеймс «Теория фотографического процесса» пер. 4го амер. Изд. Под ред. А.Л. Картужанского, Л. «Химия» Ленингр. Отделение, 1980