《无机化学》课程教学资源（文献资料）09 物质的颜色与结构的关系

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· 科教论坛 Consume Guide ·Technology Forum ■ 杨莹锦州市机电工程学校 219 2007.11 消费导刊物质的颜色与结构的关系 [摘要] [关键词] 物质颜色是由于物质吸收了一部分频率的可见光，剩下光的复合颜色就是我们平时观察到的物质颜色，而物质吸收光的频率是与物质内部结构有关的。也就是说是由物质内部结构决定的。可见光频率吸收辐射物质结构物质颜色物质所呈现的各种颜色与其内部结构有一定的关系。日光是由波长范围在 400nm ~ 760nm的电磁波组成的，经过色散后即成为由赤、橙、黄、绿、青、蓝、紫色构成的光谱。当物质吸收了一部分频率的可见光后、剩下未被吸收的那部分光的复合颜色就是我们平常观察到的各种物质的颜色，而物质吸收光的频率大小与其结构有关，即与分子内部价电子的活动有关。以下是我对物质颜色与分子结构关系的粗浅理解。（一）单质的颜色与结构的关系： 1．金属单质的颜色与结构的关系：占元素约4/5的金属中除金呈黄色、铜呈紫色、铋呈淡红色等少数金属外，其它金属都呈银白色或灰白色的有光泽的不透明固体（汞是液体）。这是由于金属是由金属键结合成的金属晶体，在金属中的自由电子容易吸收可见光的能量而跃迁到较高能级，随即返回到原能级时又以光的形式放出。多数的金属自由电子能够吸收所有波长（频率）的可见光，吸收后又把它们几乎全部反射出来。所以，绝大多数金属呈银白色或灰白色。如果对某种波长的光吸收程度较大，对其它波长的光吸收程度较小，金属就有特定的颜色。当金属为粉末状态时，金属晶面非常杂乱、且晶格排列得也不规则、所有被吸收的可见光辐射不出去，所以，绝大多数金属在粉末状态时为黑色。 2．非金属单质颜色与结构的关系：在非金属单质中分子量越小颜色越淡。例如：卤族元素单 :F2 （ g）淡黄色、 Cl2 （g）黄绿色、Br2（l）红棕色、I2（s）紫黑色。这是由于同一族元素从上到下，随电子层数的增多原子半径逐渐增大、元素的电离能逐渐减小，使原子的外层电子容易被激发。因此原子对可见光频率较低（波长较长）的那部分光的吸收率由上到下逐渐增大。而对可见光中频率较高（波长较短）的那部分光的吸收率逐渐减小。如气态氟分子主要吸收可见光中能量较大、频率较高的那部分光紫色光，而显示出频率较低的那部分光的复合色（黄色）；气态碘分子主要吸收可见光中能量较小、频率较低的那部分光，而显示出频率较高的那部分光的复合颜色（紫色）。同理说明气态绿和溴的颜色。当物质的状态由气态向液态、固态转变时，由于分子间距离缩小，颜色不断加深。所以在通常情况下，氟气是淡黄色、氯气是黄绿色、溴是棕红色液体、碘是紫黑色固体。（二）离子的颜色与结构的关系：一般来说，主族元素的水合离子都没有颜色，副族元素中有未成对d电子者，离子水合物一般都有颜色。 1．金属阳离子主组元素的金属阳离子一般都无颜色。这是由于这些离子都具有 8个、18个或48+2 个电子外层的稳定结构，可见光难以使电子激发，所以无颜色。过渡元素的阳离子中大多数 d轨道上有未成对的单个电子，这些单电子的激发态和基态的能量相差不大，一般可见光就能使它们激发，因而这类离子大都有颜色，以第四周期为例，见下表：过渡元素低氧化态离子中单电子数与水合离子颜色：以其中 Cr3+离子为例，它有三个成单的 d电子，它的化合物都显颜色，例如：Cr2 O3 绿、Cr（OH）3灰蓝、 CrCl 3紫色、 Cr2（ SO4） 3浅绿、 Cr2（ SO4） 3· 6H2 O 绿、 Cr2（SO4）3·18H2 O紫。而 Sc3+ 、Cu +、 Zn2+离子无成单 d电子而较稳定；它们的基态与激发态能量相差较大，需要频率更高的光波才能使它们激发，所以这类离子及其一般化合物无色。 2．阴离子大多数阴离子如：、（x = 1、2、 3）、、、、、、、、、、、、、、、等，一般情况下都无色。象等离子都含有π激发组成π键的电子虽需能量较低，但吸收的光波应在紫外区，所以无色。对于过渡元素高氧化态金属形成的阴离子：（紫）、（黄）、（黄）等，按组成元素的结构分析：其中高氧化态金属具有稳定电子构型的外壳，都应为无色，成色原因是高氧化态的金属极化力特强，是金属和氧之间存在较强的极化效应，从而使离子的电子容易吸收部分可见光而呈色。 3．无机化合物我们知道，典型的离子化合物只能吸收频率较高的紫外线光区的光，而不吸收可见光区的光。因此典型的离子型化合物一般是无色或白色固体。如 NaX、KX、CaO等等。当化合物的金属阳离子与阴离子之间相互发生极化作用后，电子云发生一定程度的重叠并表现出一定的共价性，当化合物的共价性达到一定程度时，它吸收一部分有色光，使化合物呈现一定的颜色。随着化合物共价性的增强，吸收可见光的范围增大，化合物的颜色逐渐变深。其共价性取决于金属阳离子与阴离子的极化力及变形性。离子的极化力及变形性大，则化合物共价性强，化合物颜色深。如、离子是 8电子外壳的稳定离子，是无色离子，其变形性离子大于离子，所以我们常看到的金属硫化物的颜色比金属氧化物的颜色要深。对于极化作用及变形性都大的金属离子、往往随负离子变形性的增大，相应的化学物颜色变深。例如： HgCl 2 白 PbCl 2 白 BiCl 3 白 NiCl 2 黄褐 HgBr 2 白 PbBr 2 白 BiBr 3 橙 NiBr 2 棕 HgI 红 PbI 黄 BiI 棕 NiI 黑对于镧系元素的离子及其化合物与过渡元素相似，只是 f电子与 d电子的不同。这里不在叙述。有机化合物大都是以共价键结合的一类化合物，全部由σ键组成的饱和有机物分子，其结构较牢固，激发电子所需能量较高，所以吸收的光波是在频率较高的远紫外区，这就决定了由σ键形成的饱和有机物是无色的。含有π键的不饱和有机物，激发π 键的π电子所需的能量较低，这种能量的光波处于紫外及可见光区域，如官能团：＞C＝C＜、＞C＝O、－N＝N－、－N＝ O、C＝S等。含有π键的不饱和基团称为生色团。若化合物分子中仅含有一个生色团的物质，它们吸收光波还在紫外区，所以无色。当有多个生色团并且共轭时，由于共轭体系中电子的离域作用，而使π电子易激发，这类有机物可吸收可见光区域的光，那么它们就显色。如醌类：红色、黄色、萘醌、蒽醌及偶氮化合物（R－N＝N－R）都是有色的物质。当共轭体系扩大，激发价电子所需能量更低，吸收可见光波向频率低的区域移动，颜色会加深。如：－CH＝CH－（无色）－（CH＝CH）3－（淡黄）－（CH＝CH）5－（橙色）－（CH＝CH）11－（紫色）作为染料的有机物分子中，除了有生色团外，还含有象－、－、－、－、－等助色团，这些基团的吸收光波在远紫外区，但当这些基团与共轭链或生色团相连接，由于它们多为含有未共用电子对的电子一、无机物的颜色与结构的关系二、有机物的颜色与结构的关系（下转第210页）

■ 王代强席光庆北京体育大学研究生院 · 科教论坛 Consume Guide ·Technology Forum 2007.11 消费导刊 210 沙滩排球运动员的教练员决策能力需求分析 [摘要] [关键词] 通过文献资料调研，分析阐述了沙滩排球运动员的教练员决策能力的必要性。希望能够抛砖引玉，引起更多科研人员对此的重视，从而促进沙滩排球的进一步发展。沙滩排球运动员的教练员决策能力需求分析沙滩排球是一项以每队2个人组成的2个队在沙滩场地上进行比赛的运动。沙滩排球规则中规定教练员无权叫暂停，没有替补队员。据说在国外沙滩排球赛根本就没有教练员，一切问题都由队员自己解决，而且是每球得分制，特别是关键比分时，尤其重要的就是运动员的教练员决策能力。（一）由于沙滩排球比赛赛场上队员少，活动范围大，各项技术要求高，战术变幻莫测，这就要求运动员的技术和身体素质要全面、灵活，随机应变的决策能力要果断、准确。规则规定，沙滩排球比赛时，教练员无权叫暂停和进行场上指导。同队两名运动员则可以进行沟通，并且在正式比赛的第一局和第三局每当双方比分同为21分时，有一次30秒钟的技术暂停，除此之外，每局比赛中，每队还最多可请求1次暂停[1]。可见，正式沙排比赛时，虽然没有教练员的临场指挥，但运动员之间有充分的时间进行沟通，针对不同的情况决策相应的应对策略。由此可见，充分的沟通时间为同队两名队员共同决策提供了必要的前提条件。（二）长期以来，我国优秀沙滩排球运动员的选材受到“瓶颈”困扰，优秀的、有潜力的选手进入室内排球，发展潜力不大的转到沙滩排球，这就造成沙滩排球人才来源上的缺陷[2]。人才的缺陷必然导致沙滩排球运动员的教练员决策能力培养受阻，而由室内转入沙排的运动员由于从事室内排球，其已习惯教练员的临场指挥，因此培养他们的教练员决策能力将大费周折。目前，绝大多数运动员是临时从室内转过来参加比赛的，他们对沙滩排球的比赛特性、规则要求、技战术运用和身体素质等方面的要求都不太适应，他们大都以室内排球的技战术意识，投入到沙滩排球比赛中去，在突然没有教练员临场指导的情况下从事比赛，往往感觉无计可施，失去了比赛的针对性。因此，沙滩排球运动员的教练员决策能力亟待培养。（三）沙滩排球也是一项受自然环境变化影响的运动项目，特殊的周围环境状况队员动员身体素质及战术水平的发挥都有较大的影响。其中最主要的环境影响因素是：沙、风、阳光和雨[3]。由于风、阳光、雨的变化莫测，需要根据变化及时做出决策，这就要求沙滩排球运动员必须具备一定的教练员决策能力。从沙滩排球比赛来看，沙滩排球对运动员的要求相比室内排球而言更高，运动员既要能攻又要善守，技术必须全面；而且沙滩排球对身体的灵活性、协调性要求非常高；更重要的是沙滩排球正在期盼一批具有良好教练员决策能力的优秀沙排运动员。（一）结论在正式沙滩排球比赛中，队员之间有时间进行沟通以便做出正确的应对策略；由于沙滩排球比赛中，教练员无权叫暂停，不能进行临场指导加之比赛中对方技战术运用和自然环境的变化莫测，沙滩排球运动员的教练员决策力能亟待培养。笔者相信，沙滩排球运动员的教练员决策能力是十分必要的，这不仅会左右比赛的胜利，而且在运动员的一生中会有很大的影响。（二）建议沙滩排球在我国起步较晚，科研成果主要集中在技战术、训练等方面，对教练员的培养尤其是沙滩排球运动员的教练员能力方面很少[4]；加之笔者水平限制，希望该文章起到抛砖引玉的作用，引起广大沙滩排球科研人员对该方面的重视。一、沙滩排球运动员的教练员决策能力的可行性、必要性分析二、结论与建议参考文献 [1]沙滩排球竞赛规则 [M]，北京 ,人民体育出版社,2003. [2]石坤，崔秀云，浅谈我国沙滩排球运动员选材 [J].四川体育科学,2006 (4): 92-93. [3]靳小雨，徐国红，沙滩排球理论与实践探索 [M].北京,人民体育出版社,2006年4月第一版. [4]凌文杰，孙志峰，19942003年我国沙滩排球科研状况的分析与研究[J].中国体育科技,2004, (5):76- 78. 或原子团，这些共用电子对使共轭体系增大，可使共轭链或生色基团吸收光波移向频率低的区域，从而是颜色加深，如：－N＝N－（橙红色）－N＝N－－ NH2 （浅褐色）常用的指示剂如酚酞、石蕊、甲基橙是有机弱酸或弱碱，在不同PH介质中，由于结构变化而成不同颜色。总之，无论是原子、分子或离子，价电子越易激发，越易吸收可见光中能量较低、频率较小的那部分光，则物质颜色越深。而价电子越难激发，物质颜色会越浅。即一般具有稳定结构的物质，可见光能量不足以使其激发，而使物质无色。所以，同主族元素单质，自上而下颜色逐渐加深；主族元素的金属阳离子及ⅠB族M+、ⅡB族M2+离子一般无色；而过渡元素的离子、镧系元素离子大多数都有色；典型的离子化合物无色，而且有共价性的金属化合物往往有色。物质显色原因也许有多方面的，但我仅就结构以上浅谈一下。（上接第219页）

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