色彩與微觀世界

前言

　　早在1687年，牛頓在《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》中說(shuō)：“當(dāng)我第一次看見由色散實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的鮮明的強(qiáng)烈的七種光色時(shí)，我真感到極大的愉快?！睅装倌陙?lái)，色彩的本質(zhì)是什么？各類物質(zhì)的顏色產(chǎn)生的機(jī)理是什么？這一具體的、生動(dòng)的問(wèn)題一直吸引著無(wú)數(shù)熱愛(ài)科學(xué)的人們，更有許許多多的科學(xué)家為研究相關(guān)問(wèn)題做出了卓越的貢獻(xiàn)?！　∩蕜?chuàng)造了美，但并不局限于單純的美。在科技高速發(fā)展的今天，當(dāng)我們陶醉于大自然的鬼斧神工之時(shí)，是否還想到：綠葉與光盤刻錄有什么聯(lián)系？染料與激光如何相關(guān)？從有機(jī)色素為什么能開發(fā)出消炎抗癌藥物？稀土元素是怎樣為顏色的更加絢麗做出不可磨滅的貢獻(xiàn)？液晶、等離子體顯示，各種光敏信息材料、智能材料的開發(fā)和應(yīng)用是如何使傳統(tǒng)意義上的“色素”插上時(shí)代的翅膀……從物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)出發(fā)，我們對(duì)這一切都能找到答案?！　　渡逝c微觀世界》一書首次系統(tǒng)地、全方位地討論了顏色這一自然美學(xué)的基本問(wèn)題與物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)理論之間的關(guān)系。作者把對(duì)結(jié)構(gòu)化學(xué)的深刻理解，融合在對(duì)五光十色自然現(xiàn)象的細(xì)致觀察與精辟分析之中；將抽象的化學(xué)鍵理論，緊密聯(lián)系到喜聞樂(lè)見的色彩實(shí)例上；把高科技領(lǐng)域內(nèi)無(wú)機(jī)色素、有機(jī)色素的神奇功能與貢獻(xiàn)，用通俗的語(yǔ)言形象地描述出來(lái)；更將自己數(shù)十年從事高等師范教育、科學(xué)研究的經(jīng)驗(yàn)，滲入到提高青年一代知識(shí)水平與科學(xué)素養(yǎng)的事業(yè)中，使讀者從中感悟到科學(xué)的偉大和美學(xué)的魅力。

內(nèi)容概要

　　《色彩與微觀世界》以物質(zhì)結(jié)構(gòu)為主線，融合多學(xué)科知識(shí)，深入淺出地列舉了大量日常生活中的實(shí)例，全面剖析了色彩與物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的關(guān)系。全書共九章，講述了顏色的基本理論，色散、散射、干涉、衍射等光學(xué)現(xiàn)象的色彩與物質(zhì)結(jié)構(gòu)狀態(tài)的關(guān)系；多種寶石礦物、金屬、半導(dǎo)體、絕緣體、有機(jī)色素顏色現(xiàn)象和呈色機(jī)理；顏色理論在食品、化妝品、顏料、涂料、材料、藝術(shù)品、彩色電視中的應(yīng)用。全書內(nèi)容豐富多彩，取材新穎廣泛，可作為高等院校選修課教材、結(jié)構(gòu)化學(xué)輔導(dǎo)讀物、中學(xué)化學(xué)教師教學(xué)參考；還可供從事于顏色相關(guān)領(lǐng)域的科研人員以及對(duì)色彩感興趣的其他社會(huì)人士參閱。

書籍目錄

1 顏色的基本理論1.1 光與顏色1.1.1 可見光的特性1.1.2 視覺(jué)的特性1.1.3 視覺(jué)的有機(jī)化學(xué)1.1.4 光與物體的相互作用1.1.5 物體的顏色1.1.6 互補(bǔ)色原理在化妝品中的應(yīng)用1.2 色度學(xué)基礎(chǔ)1.2.1 顏色的三要素1.2.2 色度圖與色調(diào)配比1.2.3 三基色原理及應(yīng)用2 物質(zhì)的結(jié)構(gòu)狀態(tài)與光學(xué)顏色2.1 光的色散與相關(guān)的顏色2.1.1 光的色散2.1.2 色散與物質(zhì)結(jié)構(gòu)、化學(xué)鍵的關(guān)系2.1.3 折射率與鉆石異彩2.1.4 折射色散與露珠、彩虹2.1.5 星光閃爍2.2 光的散射與相關(guān)的顏色2.2.1 不均勻介質(zhì)與光的散射2.2.2 散射與微粒結(jié)構(gòu)的關(guān)系2.2.3 大氣散射與藍(lán)天、白云2.2.4 散射程度與太陽(yáng)的顏色2.2.5 散射結(jié)構(gòu)與鳥類藍(lán)色的羽毛2.2.6 人體中的丁達(dá)爾藍(lán)效應(yīng)2.2.7 寶石中的散射效應(yīng)2.3 光的干涉、衍射與相關(guān)的顏色2.3.1 干涉、衍射基本原理2.3.2 衍射與物質(zhì)結(jié)構(gòu)的關(guān)系2.3.3 單層薄膜干涉產(chǎn)生的顏色2.3.4 多層薄膜干涉產(chǎn)生的顏色2.3.5 彩色珍珠2.3.6 多彩的歐泊2.3.7 寶石中的“貓眼效應(yīng)”2.3.8 光盤的彩暈2.3.9 蛇表皮的虹彩色3 原子的結(jié)構(gòu)狀態(tài)與簡(jiǎn)單激發(fā)產(chǎn)生的顏色3.1 白熾與物體發(fā)光3.1.1 黑體輻射與色溫3.1.2 白熾與白熾光源3.1.3 彩色拍攝中的色溫調(diào)節(jié)3.2 原子中簡(jiǎn)單激發(fā)產(chǎn)生的顏色3.2.1 原子結(jié)構(gòu)與原子光譜3.2.2 氣體放電與霓虹燈顏色3.2.3 元素的特征焰色與煙花3.3 原子激發(fā)與宇宙中的顏色現(xiàn)象3.3.1 太陽(yáng)光譜中的Fraunhofer譜線3.3.2 太陽(yáng)色球與日冕3.3.3 太陽(yáng)風(fēng)與極光4 分子的結(jié)構(gòu)狀態(tài)與振動(dòng)-轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)躍遷產(chǎn)生的顏色4.1 分子結(jié)構(gòu)與分子光譜4.1.1 分子結(jié)構(gòu)概論4.1.2 分子光譜簡(jiǎn)介4.1.3 分子光譜項(xiàng)與躍遷選率4.2 振動(dòng)一轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)躍遷與相關(guān)的顏色4.2.1 氫鍵與水和冰的結(jié)構(gòu)4.2.2 大量水與大塊冰的顏色4.2.3 小分子的振動(dòng)與綠柱石的顏色4.2.4 鹵素的顏色4.2.5 熒光與磷光4.2.6 熒光顏料4.2.7 螢火蟲的發(fā)光機(jī)理5 配合物與過(guò)渡金屬化合物的顏色5.1 配位場(chǎng)效應(yīng)與寶石、礦物的顏色5.1.1 配合物的紫外-可見吸收光譜的特點(diǎn)5.1.2 剛玉（AlO）中的鍵連與紅寶石的顏色5.1.3 紅寶石的發(fā)熱與發(fā)光5.1.4 配位鍵強(qiáng)度變化與祖母綠的顏色5.1.5 祖母綠的發(fā)熱與發(fā)光5.1.6 特殊的配位場(chǎng)強(qiáng)度與奇妙的變石5.1.7 紅寶石、祖母綠的二向色性與變石效應(yīng)5.1.8 影響配位鍵強(qiáng)度的因素及相關(guān)顏色的變化5.1.9 濕度計(jì)與變色溫度計(jì)5.2 電荷轉(zhuǎn)移與光化學(xué)氧化一還原作用產(chǎn)生的顏色5.2.1 異核電荷轉(zhuǎn)移與藍(lán)寶石的顏色5.2.2 同核電荷轉(zhuǎn)移與普魯士藍(lán)的顏色5.2.3 光化學(xué)氧化一還原反應(yīng)產(chǎn)生的顏色5.2.4 其他類型的電荷轉(zhuǎn)移與相關(guān)物質(zhì)的顏色5.2.5 白色與別色過(guò)渡金屬化合物的顏色5.2.6 稀土元素及其化合物的顏色5.2.7 稀土化合物與玻璃的顏色5.2.8 稀土化合物與陶瓷的顏色5.3 紅寶石、藍(lán)寶石和祖母綠的鑒定與優(yōu)化5.3.1 紅寶石的鑒定與優(yōu)化5.3.2 其他紅色寶石5.3.3 藍(lán)寶石的鑒定與優(yōu)化5.3.4 其他藍(lán)色寶石5.3.5 祖母綠的鑒定與優(yōu)化5.3.6 其他綠色寶石6 有機(jī)物的結(jié)構(gòu)與顏色6.1 離域Ⅱ鍵與有機(jī)色素的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、類型及相關(guān)顏色6.1.1 有機(jī)色素的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其紫外-可見吸收光譜6.1.2 天然有機(jī)色素6.1.3 有機(jī)色素的主要結(jié)構(gòu)類型及顏色6.2 染料的結(jié)構(gòu)、性能與應(yīng)用6.2.1 染料與染色6.2.2 稀土元素在染色中的應(yīng)用6.2.3 染料激光與激光染料6.3 有機(jī)色素的應(yīng)用及發(fā)展前景6.3.1 葉綠素——光合作用的關(guān)鍵色素6.3.2 具有消炎、抗癌作用的有機(jī)色素6.3.3 有機(jī)太陽(yáng)能電池6.3.4 有機(jī)色素與激光打印6.3.5 彩色噴墨與升華打印6.3.6 有機(jī)色素與光盤刻錄7 金屬的結(jié)構(gòu)與金屬、絕緣體、半導(dǎo)體的顏色7.1 金屬鍵與金屬的顏色7.1.1 金屬鍵與能帶理論簡(jiǎn)介7.1.2 金屬的高吸收與高反射率7.1.3 常見金屬的典型結(jié)構(gòu)形式7.1.4 金屬的態(tài)密度圖與金屬的顏色7.1.5 黃金及其多種合金的顏色7.1.6 具有類金屬外觀的物質(zhì)的顏色7.2 絕緣體與半導(dǎo)體的顏色7.2.1 能帶間隙與絕緣體、半導(dǎo)體的顏色7.2.2 彩色金剛石8 晶體結(jié)構(gòu)與色心產(chǎn)生的顏色8.1 晶體結(jié)構(gòu)與晶體缺陷……9 顏色理論的應(yīng)用參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　發(fā)光體與不發(fā)光體有時(shí)是由溫度決定的。一塊表面粗糙的鐵塊，吸收大部分入射光，反射很弱，呈現(xiàn)灰黑色；對(duì)鐵塊加熱，鐵開始輻射長(zhǎng)波段的紅光，本身也呈暗紅色；繼續(xù)加高溫，輻射頻譜接近太陽(yáng)頻譜，呈現(xiàn)青白色?！　?.1.5.2 物質(zhì)的體色與表色　　由物體表面反射光決定的顏色，稱為表色。有些不透明物體在受到光線照射時(shí)，光會(huì)穿透物體表面少許深度（約幾個(gè)波長(zhǎng)），入射光中不同波長(zhǎng)的光成分被選擇性吸收，從物體內(nèi)部經(jīng)反射和散射作用后重新發(fā)射出的光就呈現(xiàn)一定的顏色，稱為體色，散射對(duì)物質(zhì)的體色有很大影響。光譜中的每一種顏色都是純凈的顏色（單一波長(zhǎng)的光），實(shí)際上許多顏色往往是混合色。例如，當(dāng)白光通過(guò)高錳酸鉀溶液后，用分光儀檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)這種溶液能完全吸收可見光譜中部的各色光而透射兩端的紅光和紫光，所以高錳酸鉀溶液呈現(xiàn)的紫紅色正是紅光和紫光的混合色?！　∥镔|(zhì)對(duì)入射光選擇性的反射一定伴隨選擇性吸收，所以這些物體可以同時(shí)具有體色和表色，此類物質(zhì)除了具有吸收和散射的能力外，還具有反射的能力。如品紅染料、涂傷口的紅汞藥水，體色是紅色，表明它的溶液吸收掉綠藍(lán)色光，透射光呈紅色，而藥水表面的顏色卻是綠藍(lán)色，這是反射光。藥水表面的反射光，是表面層里少數(shù)紅汞分子與大量水分子的反射，起主導(dǎo)作用的是水分子，因此反射的光與入射光具有相同的顏色。而在水里的紅汞分子的反射光透過(guò)許多紅汞分子射出時(shí)，實(shí)際上是透射光。如果觀察我們使用的十二色彩色墨水，每個(gè)瓶口墨水漬的反射光的顏色與該瓶?jī)?nèi)墨水的顏色正好是互補(bǔ)的。　　還有一些物體本身無(wú)色或有較深的顏色，但它們的粉末卻是白色的，如，水是無(wú)色的，水蒸氣是白色的；完全透明的玻璃是無(wú)色的，磨砂玻璃是白朦朦的；松香是黃褐色的，它的粉末是白的……這不是某種巧合，無(wú)論物體原來(lái)是什么顏色，只要成為細(xì)小的粉末狀，光在它的表面被無(wú)數(shù)次反射后從多種角度射出，各種

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