颜色是怎样产生的？

在我们周围，各种各样的物质都具有一定的颜色，黄色的土壤，绿色的树林，红色的血液，蓝色的海洋……不同颜色的各种物质，组成了这五彩缤纷的大千世界。不难想象，没有颜色，我们的世界将是多么呆滞死板；没有颜色，我们的生活也将会多么枯燥无味!颜色，不仅装饰了地球、宇宙；颜色，同时也给予我们人类无限生机，无穷快乐！ 颜色不仅装饰着整个世界，而且用途越来越广泛。 人类—开始，就已注意对颜色的应用。例如，我国古代的漆画、瓷器等．就是我们祖先巧妙运用色彩的很好例证。在日常生活中，我们还常借助颜色以区分各种物体。 随着人们的生活水平的提高，日常穿的衣服不仅要能保暖，而且要漂亮；人们饮食也不再只局限于温饱，而要求色、香、味俱全，即不仅要好吃，还要好看，等等这些，颜色起着十分重要的作用。分析化学中，还常根据物质颜色深浅来确定物质含量的多少；生物化学家常借助于颜色进行组织研究；药物学家则利用颜色鉴别药物，一种被称为高温涂料的构料可以 通过受热后发生颜色变化来指示物质表面的温度，彩色电影，彩色电视，彩色摄影，彩色印刷等等，更是颜色的广阔舞台。颜色与人关系这么密切，可是，面对这令人眼花缭乱的各种颜色的物质，如果有谁问：物质为什么会有不同的颜色?物质的颜色是怎样产生的?物质的颜色与某结构有何关系?这些却都不容易解释。 颜色这个问题似乎很简单，但真正要弄懂其本质还需要许多方面的知识。颜色是由人的视觉得到的，因此只有在光照情况下，物质的颜色才能为肉眼所见，如果在没有光线的密闭的暗室中，在漆黑的夜里，物体的颜色是看不见的。 所以，颜色与光是密不可分的，颜色是光和眼睛相互作用而产生的。 光对我们每个人来说也不会陌生，但认清光的本性也只是不久的事情。 随着科学研究和生产实践的发展，人们逐渐认识到，光是一种可以引起视觉具有波粒二象性的电磁波，既有波动性，又具有粒子性。在整个电磁波谱中，波长范围只有很窄的一段才能引起视觉称为光(可见光)，一般来说，可见光波长范围大约为400～800nm(1nm=10-9m).光的波长不同，就会引起不同的视觉，即感觉到不同的颜色。只有一种波长的光称为单色光，由具有不同波长的单色光组成的光称为复合光。 ?? 日常见的白光就是一种由多种波长的光混合而成。每种颜色 的光都有一定的波长范围，可见光中，红光波长最大，范围620 760nm，紫光最短，范围400 430nm。不同波长的光能量不同，波长越大，能量越小。 另外，将两种色光按一定比例混合也可得到白光，这两种颜色就称为互补色。如蓝光和黄光?混合可以得到白光，因此蓝色的补色为黄色。互补色可用一个颜色环表示，环上任何一个颜色的互补色即为该扇形对顶的另一扇形所对应的颜色。 两种或多种色光混合，可以得到另一种色光。如左面颜环上任何一种色光都可用其相邻两侧的两种单色光混合而制得出来。典型的是黄光可由红光和绿光合成。这一种现象被利用在彩色电视屏幕上，仔细观察，我们可以发现屏幕上黄色画面是由数百个紧密相间的红色和绿色斑点组成。当观众接受了从荧光屏上发射出的红光和绿光后，在眼睛中混合，两种有色光叠加，产生了黄色的感觉。事实上，彩电中各种各样的颜色都是由红、绿、蓝三种基本颜色混合而成。 自然界很少有纯的单色光，我们周围接触到的大多数颜色大多是通过减色混合过程产生的。我们已经知道，一对互为补色的光混合后给人白色感觉。反过来，如果在白光中除去一种补色，则可以观察到另一种补色，例如日光(白光)，如果让它通过一个滤色片，除去蓝绿光，眼睛观察到的将是红光。这种从白光中除去部分色光，得到另一种色光的过程即为减色混合o 物质之所以呈现出某种颜色，一般是由于物质有选择地吸收了白光中的某种波长的光，从而呈现出与之互补的那种光的颜色。例如硫酸铜因吸收白光中的黄光而呈现蓝色，高锰酸钾因吸收白光中的绿光而呈现紫色。如果白光照到物体上无任何色光被吸收，我们看其为白色，反之，如果入射光全被吸收，则物质为黑色。 物质呈现不同颜色是由于对不同波长的光吸收，反射程度不同。那物质为什么又能选择性吸收或反射不同波长的光呢?这主要就与组成该物质的分子、离子的内部结构有关系。 物质是由原子组成，而原子又是由原子核和电子组成。原子有许多能量不同但有个确定值的状态，电子可以从一种状态跳到另一种状态，在跳跃的过程中 同时要吸收一定的能量或者释放出一定的能量。这一能量可以以光的形式提供(吸收)或辐射出来(放出)。 不仅原子，物质的分子或离子也有这种类似的确定的能量状态，分子中电子可在不同状态间跃迁，引起对光的吸收或辐射。物质吸收光后主要就是发生这种跃迁。 由于各种物质分子的能量状态不同，因而对可见光中不同波长的光吸收便不同，这种差异，便直接决定着物质的颜色。 简单地说，物质之所以能呈现各种不同的颜色，就是因为物质在光源(太阳光或其他灯光)提供的能量作用下，构成物质的分子或原子中电子选择性吸收一定波长的光从低能量跃迁到高能量状态，或者由某一高能量状态跃迂回低能量状态，并发射出特定波长的光，从而显示其特有的颜色。 ??? 为什么光要选择性吸收子主要是一个能量匹配的问题，因为物质分子或原子中电子能量状态的能量是个确定值，因此在两个不同状态发生跃迁，需要的能量值就是两个状态能量值的差值(设E1，E2分别代表不同状态能量)，另一方面，一定波长的光具有一定的能量(E hc/ r ，E为光能量，C为光速，r为光波长，h为常数)，要发生跃迁，就必符合E＝IE1一E21＝hc/r条件，由于特定物质E1、E2值固定，因此r也只能是某个值。当然由于能量状态复杂性，事实上选择性吸收或放出的光波长并不只是单个数值，而有一个狭窄的范围。 事实上，颜色的产生是一个十分复杂的问题，除了主要取决于分子或离子的电子层结构外，还与其他多种因素如物质聚集状态、温度等都有关系，这些都有待我们去作进一步的探讨。