化学物質の色
化学物質の色は化学物質の物理的特性であり、ほとんどの場合、化学物質によるエネルギー吸収による電子の励起から生じます。
エネルギーの吸収と放出による化学構造の研究は、一般に分光法と呼ばれます。
理論
すべての原子と分子は、量子状態の変化を伴い、光子の形でエネルギーを吸収および放出する能力があります。吸収または放出されるエネルギーの量は、2つの量子状態のエネルギー差です。量子状態にはさまざまな種類があり、たとえば分子の回転状態や振動状態などがあります。しかし、人間の目に見えるエネルギーの放出は、一般的に可視光と呼ばれ、個人によって異なりますが、約380 nmから760 nmの波長に及び、この範囲の光子は通常、原子または分子の軌道量子状態の変化を伴います。光の知覚は、この帯域内の異なる範囲の波長に敏感な、目の中の3種類の色受容体によって制御されています。
エネルギーと波長の関係はプランク・アインシュタインの関係によって決定される。
ここで、Eは量子(光子)のエネルギー、 fは光波の周波数、 hはプランク定数、λは波長、cは光速です。
様々な量子状態におけるエネルギー間の関係は、原子軌道、分子軌道、配位子場理論、結晶場理論によって扱われます。特定の波長の光子が物質に吸収されると、その物質から反射された光や物質を透過した光を観測する際に、私たちが目にするのは、残りの可視波長からなる補色です。例えば、ベータカロチンは454 nm（青色光）で最大吸収を示すため、残りの可視光はオレンジ色に見えます。
波長による色
目に見えているのは吸収された色ではなく、吸収された波長を取り除いた補色です。このスペクトルの視点は、原子分光法において初めて注目されました。
以下は、波長、色、補色の大まかな表です。従来のRYBカラーホイールではなく、科学的なCMYとRGB カラーホイールを使用しています。[1]
| 波長 （nm） | 色 | 補色 | ||
|---|---|---|---|---|
| 400～424 | バイオレット | 黄色 | ||
| 424–491 | 青 | オレンジ | ||
| 491–570 | 緑 | 赤 | ||
| 570–585 | 黄色 | バイオレット | ||
| 585–647 | オレンジ | 青 | ||
| 647～700年 | 赤 | 緑 | ||
これは、例えばバンド内の狭い範囲の波長の場合など、非常に大まかなガイドとしてのみ使用できます。647～700 nm の光が吸収されると、青と緑の受容体が完全に刺激されてシアンが生成され、赤の受容体が部分的に刺激されてシアンが灰色に薄まります。
カテゴリー別
単純な無機化合物（塩化ナトリウムなど）や有機化合物（エタノールなど）の大部分は無色です。遷移金属化合物は、異なるエネルギーのd軌道間での電子の遷移により、多くの場合色がついています。（遷移金属#着色化合物を参照）。有機化合物は、広範な共役があり、 HOMOとLUMO間のエネルギーギャップが減少し、吸収帯がUVから可視領域に移動すると、着色する傾向があります。同様に、電子がHOMOからLUMOに遷移するときに、化合物が吸収するエネルギーによって色が決まります。リコピンは、広範な共役（11個の共役二重結合）を持つ化合物の典型的な例で、鮮やかな赤色になります（リコピンはトマトの色の原因です）。電荷移動錯体は、さまざまな理由で非常に鮮やかな色になる傾向があります。
例
| 名前 | 式 | 色 | |
|---|---|---|---|
| マグネシウム(II) | マグネシウム2+ | 無色 | |
| スカンジウム(III) | Sc 3+ | 銀 | |
| チタン(III) | チタン3+ | 紫 | |
| チタン(IV) | Ti 4+ | 銀 | |
| チタニル | 二酸化チタン | 無色 | |
| バナジウム(II) | V2 + | 薄紫色 | |
| バナジウム(III) | V3 + | 濃い灰緑色 | |
| バナジル(IV) | VO2 + | 青 | |
| バナジウム(IV)（バナダイト） | V 4お2−9 | 茶色 | |
| バナジウム(V)（ペルバナジル） | 音声+ 2 | 黄色 | |
| メタバナデート | 音声− 3 | 無色 | |
| オルトバナデート | 音声3−4 | 無色 | |
| クロム(II) | Cr 2+ | 明るい青 | |
| クロム(III) | Cr 3+ | 青緑灰色 | |
| 水酸化クロム(III) | Cr(OH) 6 3− | 黄色がかった | |
| モノクローム | CrO2−4 | 黄色 | |
| 二クロム酸塩 | Cr 2お2−7 | オレンジ | |
| マンガン(II) | マンガン2+ | 淡いピンク | |
| マンガン(III) | マンガン3+ | クリムゾン | |
| マンガン酸(V) | マンガンO3−4 | 深い青 | |
| マンガン酸(VI) | マンガンO2−4 | 濃い緑 | |
| マンガン酸(VII) (過マンガン酸) | マンガンO− 4 | 濃い紫色 | |
| 鉄(II) | 鉄2+ | 緑がかった | |
| フッ化コバルト(II) | 二酸化炭素 | ピンク | |
| コバルト(III)アミン | Co(NH 3）3+ 6 | 黄色/オレンジ | |
| ニッケル(II) | ニッケル2+ | 薄緑 | |
| ニッケル(II)アミン錯体 | Ni(NH 3）2+ 6 | ラベンダー/ブルー | |
| 銅(I)アミン錯体 | Cu(NH 3）+ 2 | 無色 | |
| 銅(II) | 銅2+ | 青 | |
| 銅(II)アミン錯体 | Cu(NH 3）2+ 4 | 藍色 | |
| 塩化銅(II) | 塩化銅2−4 | 青緑色 | |
| 亜鉛(II) | 亜鉛2+ | 無色 | |
| 銀(I) | 銀+ | 無色 | |
| 濃硝酸銀(III)溶液 | Ag 3+ | ダークブラウン | |
しかし、元素の色は、錯体を形成する物質や、多くの場合は化学状態によって変化します。例えば、バナジウム(III)の場合、VCl 3は独特の赤みがかった色調を呈しますが、V 2 O 3は黒色に見えます。
塩
化合物の色を予測するのは非常に複雑です。例えば、以下のようなことが挙げられます。
- 塩化コバルトは水和状態によってピンクまたは青（乾燥時は青、水分を含むとピンク）になるため、シリカゲルの水分指示薬として使用されます。
- 酸化亜鉛は白色ですが、温度が高くなると黄色に変わり、冷えると白色に戻ります。
| 名前 | 対応する塩の式 | 色 | 写真 |
|---|---|---|---|
| 塩化鉄(III)六水和物 | FeCl 3 ·6H 2 O | 黄色/茶色 | _chloride_hexahydrate.jpg/1280px-Iron(III)_chloride_hexahydrate.jpg) |
| 塩化鉄(III)無水物 | 塩化鉄3 | 黒 | _chloride_anhydrate.jpg/1280px-Iron(III)_chloride_anhydrate.jpg) |
| 硫酸クロム(III) | Cr 2 (SO 4 ) 3 | 濃い緑 | _sulfate.jpg/1280px-Chromium(III)_sulfate.jpg) |
| 硫酸銅(II)無水物 | CuSO4 | 白 |  |
| 硫酸銅(II)五水和物 | CuSO 4 ·5H 2 O | 青 |  |
| 安息香酸銅(II) | 銅(C 7 H 5 O 2 ) 2 | 青 |  |
| 塩化コバルト(II) | コバルト塩化物 | デップブルー | _chloride.jpg/1280px-Cobalt(II)_chloride.jpg) |
| 塩化コバルト(II)六水和物 | CoCl 2 ·6H 2 O | 濃いマゼンタ | _chloride_hexahydrate.jpg/1280px-Cobalt(II)_chloride_hexahydrate.jpg) |
| 塩化マンガン(II)四水和物 | 塩化マンガン2 ·4H 2 O | ピンク | _chloride_tetrahydrate.jpg/1280px-Manganese(II)_chloride_tetrahydrate.jpg) |
| 塩化銅(II)二水和物 | CuCl 2 ·2H 2 O | 青緑色 | _chloride_dihydrate.jpg/1280px-Copper(II)_chloride_dihydrate.jpg) |
| 塩化ニッケル(II)六水和物 | 塩化ニッケル・6H 2 O | 緑 |  |
| ヨウ化鉛(II) | PbI 2 | 黄色 |  |
| 二クロム酸アンモニウム | （NH 4）2 Cr 2 O 7 | オレンジ |  |
炎の中のイオン
| 名前 | 式 | 色 | |
|---|---|---|---|
| リチウム | 李 | 赤 | |
| ナトリウム | ナ | 黄色/オレンジ | |
| マグネシウム | マグネシウム | 鮮やかな白 | |
| カリウム | K | ライラック/バイオレット | |
| カルシウム | カルシウム | レンガ色 | |
| ルビジウム | Rb | 赤紫 | |
| ストロンチウム | シニア | 赤 | |
| セシウム | Cs | 水色 | |
| バリウム | バ | 緑/黄色 | |
| 銅 | 銅 | 青/緑（白い閃光を伴うことが多い） | |
| 鉛 | 鉛 | グレー/ホワイト | |
ガス
| 名前 | 式 | 色 | |
|---|---|---|---|
| 水素 | H2 | 無色 | |
| 酸素 | O 2 | 淡い青 | |
| オゾン | O 3 | 淡い青 | |
| フッ素 | F2 | 淡黄色 | |
| 塩素 | Cl 2 | 緑がかった黄色 | |
| 臭素 | Br 2 | 赤/茶色 | |
| ヨウ素 | 私2 | 濃い紫色 | |
| 二酸化塩素 | 二酸化塩素 | 濃い黄色 | |
| 一酸化二塩素 | 塩素 | 茶色/黄色 | |
| 二酸化窒素 | 2番目 | ダークブラウン | |
| トリフルオロニトロソメタン | CF 3 NO | 深い青 | |
| ジアゾメタン | CH 2 N 2 | 黄色 | |
ビーズテスト
金属を判別するための定性試験であるビーズ試験では、炎色反応で見られる色に似た様々な色が発生します。白金の耳を湿らせ、対象物質とホウ砂の微粉末に浸します。粉末が付着した耳を炎で加熱し、溶融するまで加熱します。得られたビーズの色を観察します。
| 金属[3] | 酸化炎 | 炎を減らす |
|---|---|---|
| アルミニウム | 無色（熱と冷）、不透明 | 無色、不透明 |
| アンチモン | 無色、黄色、または茶色（辛い） | 灰色で不透明 |
| バリウム | 無色 | |
| ビスマス | 無色、黄色、または茶色がかった（熱い） | 灰色で不透明 |
| カドミウム | 無色 | 灰色で不透明 |
| カルシウム | 無色 | |
| セリウム | 赤（熱い） | 無色（熱くても冷たくても） |
| クロム | 濃い黄色（熱い）、緑（冷たい） | 緑（熱と冷） |
| コバルト | 青（熱と冷） | 青（熱と冷） |
| 銅 | 緑（熱い）、青（冷たい） | 赤、不透明（冷たい）、無色（熱い） |
| 金 | 金色（熱い）、銀色（冷たい） | 赤（熱と冷） |
| 鉄 | 黄色または茶色がかった赤（熱と冷） | 緑（熱と冷） |
| 鉛 | 無色、黄色、または茶色がかった（熱い） | 灰色で不透明 |
| マグネシウム | 無色 | |
| マンガン | 紫（熱と冷） | 無色（熱くても冷たくても） |
| モリブデン | 無色 | 黄色または茶色（辛い） |
| ニッケル | 茶色、赤（寒色） | 灰色で不透明（冷たい） |
| シリコン | 無色（熱と冷）、不透明 | 無色、不透明 |
| 銀 | 無色 | 灰色で不透明 |
| ストロンチウム | 無色 | |
| 錫 | 無色（熱と冷）、不透明 | 無色、不透明 |
| チタン | 無色 | 黄色（熱い）、紫（冷たい） |
| タングステン | 無色 | 茶色 |
| ウラン | 黄色または茶色がかった（熱い） | 緑 |
| バナジウム | 無色 | 緑 |
参考文献
- ^ 「SAP Fiori | SAP コミュニティ」。
- ^ chemguide.co.uk の炎試験
- ^ CRC化学物理ハンドブック. CRC Press. 1985. ISBN 0-8493-0466-0。
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