Khóa luận tốt nghiệp Hóa học: Cấu tạo phân tử và màu sắc

Đối chiếu E = hv và E=me* ta có thể xác định được khối lượng tương đương với các lượng tử đã tiêu phí trong ví dụ đã nêu trên : Năng lượng E của mỗi một photon phụ thuộc vào tin số bức x

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐHSP TP HCM

KHOA HÓA

elie

IVAN VĂN WOE NGM CỬ NIIẦN KHÓA HOC

Chuyén nganh: HOA VO CO

chữa đồng thời truyền thụ cho em những

kiến thức và kinh nghiệm quý báu Em xin

gởi lời cảm ơn đến Thầy Trưởng khoa,

cùng tất cả các thay cô trong khoa Hóa đã

day dé cho em trong suốt khóa học, đã tạo

điều kiện giúp đỡ em hoàn thành để tài

này.

Xin cảm ơn các anh, chị và các bạn

Hóa IV đã nhiệt tình động viên giúp đỡ tôi

thực hiện để tài này.

TRẦN THỊ TRÀ HƯƠNG

Luộn vên tốt ngập Cấu tạo phân tử và màu sắc

LOI Mử DAU

Khoa hoc và kỹ thuật hiện đại đang ngày càng cho phép chúng ta thực hiện

thiên hướng của con người là tiến đến cái đẹp cái lộng và đẩy màu sắc Nhữngthành quả của nền sản xuất hóa học Những thành tựu trong các ngành khoa học gầngũi: sinh hoc, vật lý, y học cũng như tác dung của chất bin dẫn và các quá trình

quang học trong tia laze Chúng ta không còn ngạc nhiên trước những loại sơn phát

quang lấp lánh trong tối, những phim màu và ảnh màu, những loai vải với những

mau sắc lạ thường

Màu sắc cũng như bất kỳ một hiện tượng tự nhiên nào, có những đặc điểm mà

chúng ta cho là thuộc những lĩnh vực khác nhau của khoa học tự nhiên như những

bài vật lý nghiên cứu các tính chất của tia sáng, quang phổ và các hiện tượng khác

có liên quan đến màu sắc Những bài sinh học nói vé đặc điểm của thị giác (cu thé

là mất) Cho nên những màu sắc mà chúng ta cảm thụ được là kết quả của quá trình:

1 Quá trình tương tác giữa các dao động điện từ, tao ra tia sang với các phân tử của

chất,

2 Quá trình hấp thụ có chọn lọc các sóng ánh sáng do đặc điểm về cấu trúc của

phan tử có màu quyết định.

3 Quá trình tác động của các tia sáng do được phản chiếu hay đi xuyên qua các

chất lên võng mạc hay lên một dụng cụ quang học có khả ning phân biệt mầu

sắc

Với để tài "Cấu tạo phân tử và màu sắc” sẽ giúp chúng ta giải đáp những

vấn để: vì sao có màu sắc và mau sắc xuất hiện như thế nào? cấu trúc bên trong củacác phân tử có quan hệ gì với màu sắc của chất? ứng dụng màu sắc trong đời sống

chúng ta

Do thời gian và khả năng hiểu biết còn hạn hẹp, để tài không tránh những sai

sót nhất định Rất mong Qúy thầy cô xem xét và góp ý

Trang!

Luận vên tốt ngập Cấu tạo phân tử và màu sắc

PHAN I

CO SO LY THUYET

CHUONG I ;

GIGI THIEU VE MAU SAC

I Hiện tượng mau và đối tượng của khoa hoc về màu sắc.

Mọi sinh vật đều có những giác quan, nhờ đó mà chúng nhân biết được thế

giới chung quanh Chính những giác quan cho phép sinh vật định hướng được trong

không gian, tìm được thức ăn, tránh được mọi nỗi hiểm nghèo.

Thị giác là một trong những giác quan đó Cơ quan thị giác của người bao

gồm :mắt, thần kinh thị giác và khứu giác của não Mat đóng vai trò như một bộ thu

nang lượng ánh sáng, đây than kinh thị giác nối liền với não, truyền đến não những

tín hiệu của tế bào thị giác khi bị ánh sáng tác động Não bị kích thích là nay sinh

hình tương của vật nhìn.

Nhờ thị giác ta nhận biết được phan lớn những thuộc tinh của mọi vật cùngvới những khác biệt tinh vi của nó, quan sát được những khoảng không gian to lớn.

Nho thị giác ta xác định được hình dáng cua các vật, ước lượng được khoảng cách

cud chúng tức là chiéu sâu của vật, biết được số lượng và chất lượng của những bức

xạ đo chúng phát ra hoặc phản xạ tức là độ chói và màu sắc Hình dáng, chiều sầu,

khối tích của vật ta cũng có thể biết được qua xúc giác Nhưng so với thị giác thì xúc

giác bị hạn chế nhiều, tẩm với của tay quá ngắn Mắt nhìn được ánh sáng tỏa từ

những ngôi sao xa lắc, cách chúng ta tới hành tỷ kilômet, mắt phân biệt được những

nét cách nhau với những khoảng cách nhỏ chưa đẩy 1/10mm Mắt phát hiện được

những chổ lổi lõm nhỏ trên bể mặt nhăn, những lổi lõm nay đo bằng đơn vị

micromet (lm «10 m) Chưa có một dụng cụ quang học nào nhạy cảm như mắt

người.

Sở di ta nhìn thấy mọi vật là nhờ những bức xa do vật phát ra hoặc phản xa

đập vào mất và gây nên những cảm giác Sự khác biệt vé lượng sáng chính là sự

tương phản của ánh sáng hay còn gọi là bóng ánh sáng Kích thước và bóng ánh

sáng bổ sung lẫn nhau, gợi cho chúng ta biết được hình dáng, khối tích, vị trí của vật

trong không gian, cường độ và hướng ánh sáng chiếu tới Chỉ nhờ hình đáng và bóng

ánh sáng, ta biết được khá đẩy đủ về vật Một tấm ảnh đen trắng cho ta biết tương

đối chính xác vật chụp

Ngoài ra mắt người còn có khả năng đánh giá chất lượng của bức xạ tức là

màu sắc Biết được số lượng (cường độ ánh sáng) và chất lượng sắc là ta biết được

Trang 2

Luộn von tốt ngập Cấu tạo phân tử và màu sắc

đẩy đủ vẻ màu sắc Chỉ có con người mới nhận biết được màu sắc, nhiều con vật

thượng đẳng cũng không có khả năng nhân biết màu.

Ban chất của mau sắc từ lâu đã được đặt thành câu hỏi Cho đến bây giờ,

người ta vẫn đang còn tìm lời giải đáp Sở di như vậy là do hiện tượng màu là một

hiên tượng phức tạp, nhiều vẻ, nó bắt dau từ môi trường bên ngoài tắc động qua

giác quan và kết thúc bằng nhận thức.

Cảm xúc vé màu nây sinh ra từ nguồn sáng tác động vào mắt Trong cầu

mất có vô số những dau dây than kinh thi giác nối liền mất với vỏ não Khi có bức

xa tác động vào mit, bên trong những tế bào màng mắt xảy ra một quá trình điện

-hóa, làm xuất hiện ở đây thần kinh thị giác những xung điện sinh Những xung này

truyền tới não gây nên cảm giác màu.

Để thấy rd hơn đặc điểm của hiện tượng màu, ta hãy xem xét hai thuộc tính

của một vật mà mắt người nhận được đó là: hình đáng và màu sắc Hình dáng thì có

thể xác định được bằng mắt Nhưng hình đáng cũng có thể xác định bằng các dụng

cụ đo và biểu thị bing những đơn vị tuyệt đối của chiều dài, điện tích, khối tích Còn

màu sắc không phải là đại lượng vật lý khách quan, không thể đo màu sắc tách khỏi

mất Những bức xạ tổn tại không phụ thuộc vào con người, vào thị giác của con

người Nhưng tự nó không có tính chất gọi là màu mà màu chỉ nảy sinh khi bức xạ

tác động vào mất.

Do đó màu được định nghĩa như là một thuộc tính của bức xạ (ở đậy là ánh sáng)

được đánh giá theo tác động của bức xạ vào mất

Từ những điểu trình bày trên, hiện tượng màu có thể chia thành 3 quá trình

chính: quá trình vật lý tức là bức xạ năng lượng; quá trình sinh lý là tác động của

năng lượng kích thích thần kinh thị giác; quá trình tâm lý là quá trình cảm thụ màu

Môn học về màu cũng theo đó chia thành 3 phần: vật lý, sinh lý, và tâm lý

màu.

Về mặt vật lý:người ta nghiên cứu năng lượng của bức xạ, sự cho qua và hấpthụ năng lượng, truyền năng lượng Những đại lượng cơ bản, đặc trưng cho năng

lượng bức xạ là tốc độ ánh sánh sáng, bước sóng (hoặc tắn số), công suất, sự phân

bố công suất theo bước sóng (thành phần phổ của ánh sáng) màu sắc của bức xạ phụ

thuộc vào bước sóng Tất cả các đại lượng đặc trưng cho năng lượng bức xạ đều có

thể xác định bằng phương pháp khách quan và biểu thi bing đơn vị đo vật lý.

Về mặt sinh lý mau: người ta nghiên cứu những quá trình diễn ra trong cơ quan thị giác dưới tác động của bức xa, nghiên cứu mối liên quan giữa cấu tạo thị giác và

những màu tương ứng.

Những nhà sinh lý cho rằng, trong võng mạc có ba loại tế bào nhạy sáng khác nhau,

tương ứng với những bước sóng khác nhau Khi bức xạ tác đông vào một loại tế bào

nào đó sẽ tạo nên những cảm giác về một màu nhất định Ví dụ khi tác động vào

những tế bào nhạy cảm với những bước sóng ngắn, vừa, và dài sẽ gây nên những

Trang 3

Luộn vớn tốt ngập Cấu tạo phân tử và màu sắc

cảm giác màu xanh, luc, đỏ Khi tác đông cùng một lúc tới 2 hoặc 3 loại tế bào sẽ có

những cảm giác vé các màu muôn vẻ Màu sắc được xác định bằng tỉ lệ giữa những

đại lượng kích thích của 3 loại tế bào đó

Đại lượng của 3 loại kích thích này có thể đo được Do đó, bất cứ mau nào cũng

tương ứng với 3 đại lượng kích thích cơ bản, ngược lại 3 đại lượng kích thích coo ban

tương ứng với một màu nhất định Đặc điểm này của sự cảm thụ màu được dùng để

tạo nên những hệ thống so màu và phân loại màu những hệ thống này được gọi là

hệ thống so màu Thay cho việc mô tả màu bằng những tên gọi dài dòng, thiếu chính

xác, mỗi màu được biểi thị bằng 3 số đo là 3 tọa độ màu

Về mặt tâm lý: người ta còn nghiên cứu rất ít Ở đây phải dùng những thí du để

nói lên thực chất của môn học về tâm lý màu

Điều kiện cảm thụ màu hết sức khác nhau Dưới đây là hai trường hợp: Trường hợp

thứ nhất, người quan sát đứng trong buồn tối, nhìn thấy trên nền sim một điểm sáng

đều với hình dáng và kích thước nhất định Trường hợp thứ hai, người quan sát đứng

trước cảnh thiên nhiên rộng lớn với rất nhiều hình ảnh khác nhau, trong đó có cả

những vật chuyển động và trong suốt thời gian quan sát độ rọi củng thay đổi Trường

hợp thứ nhất, ngưới quan sát nhìn thấy màu tách khỏi hẳn những vật mà nó phụ

thuộc, tách khỏi môi trường chứa màu Trong trường hợp đơn giản này chỉ cẩn

nghiên cứu mau về các mat vật lý và sinh lý Trường hợp tứ hai, màu không thể cảm

thụ để tách khỏi khung cảnh cụ thể Màu sắc thuộc về những vật, những hình nhất

định và giữa chúng tổn tại mối liên hệ tương hỗ.

Ở đây màu sắc chỉ là dấu hiệu của một quá trình nhận biết phức tạp Cảm

thụ mau không thé chỉ giới hạn về các mặt vật lý và sinh lý Còn có những yếu tố

khác tác động như: kinh nghiệm của người quan sát, trí nhớ màu và những yếu tố

khác Nói cách khác, quan hệ của chính người quan sát cũng ảnh hưởng tới sự cảm

thụ mau.

Nghiên cứu vật lý màu, sinh lý mau và tâm lý màu chính nhằm đặt cơ sở khoa hoc

cho những ngành ứng dụng khác.

Il Những giai đoạn chính trong lịch sử nghiên cứu màu

Từ thời cổ xưa, nhiều nhà bác học đã tìm ra cách giải thích nguồn gốc của

màu Tuy nhiên mãi đến năm 60 của thế kỷ thứ 17 vẫn tổn tại những lý thuyết

không đúng về mau

Trang 4

Luộn vên tốt ngập Cấu tạo phân tử và màu sắc

Arixtot (384 - 322 trước công nguyên) cho ring, nguyên nhân sinh ra màu là sự

hỗn hợp giữa ánh sáng và bóng tối Mãi về sau này, một số các nhà khoa học như

Rene Descarters (1596 —1650) Johnanneskepler (1571 — 1630), Robert Gork (1635 —

1703) cũng nêu lên những thuyết tương tự Nhiều nhà bác hocmắt.

thời đó gắn liền tính chất của màu với ánh sáng, chứ không phải

Năm 1664 — 1668 nhà vật lý kiêm hóa học lỗi lạc người Anh Issac

Newton đã tiến hành một loạt thí nghiệm để nghiên cứu ánh sắng

mặt trời và nguyên nhân nảy sinh màu Kết quả nghiên cứu được

công bố nim 1672 dưới nhan dé: “Lý thuyết mới về ánh sáng và

Hình |: Issac Newton mau sắc” Với công trình đó Newton đã đặt nền móng cho

những quan điểm khoa học hiện đại về màu sắc.

Tuy rằng khoa hoc vé mau sắc đã tiến rất xa, song nhiều luận điểm của Newton tới

nay vẫn còn giá trị.

Một trong những thí nghiệm chính của Newton về phân tách ánh sáng mặt wi

thành phổ là nhờ lăng kính thủy tinh Newton đã

phát hiện, ánh sáng mặt trời gồm nhiều thành phần

phức tạp Những thành phẩn này khác nhau vé độ

khúc xạ và màu sắc Mức độ khúc xạ và màu sắc

có liên quan với nhau Newton viết: "Những tia ít

khúc xạ nhất, sinh ra hoàn toàn màu đỏ, ngược lại

những tia màu đỏ có độ khúc xạ nhỏ nhất”

Tach một màu khỏi phổ và cho qua lăng kính lin

thứ hai, Newton nhận thấy rằng, chúng không bị

phân giải tiếp vì chúng là những tia đơn, hoặc còn

gọi là tia đồng nhất về thành phan Newton đã tiến

hành nhiều thí nghiệm với những tia đổng nhất như

cho khúc xạ, hội tụ, phản xạ trên những bể mặt

màu Ông chỉ ra rằng, những tía này không làm

thay đổi mau ban đấu, dù ta biến đổi chúng thế nào

đi nữa “Mọi màu sắc khác nhau déu bao gồm

những màu đồng nhất của ánh sáng mặt trời và hỗn

hợp của chúng Ngoài ra không có một mau mới

nào khác, nếu ánh sáng mặt trời chỉ gỗm một loại

tia sáng thì mọi vật chỉ có mỗi một mau ” Newton

Ludn vên tốt ngập Cấu tạo phân tử và màu sắc

Lần dau tiên Newton đã chia khoa học về màu thành 2 phan: phan khách quantức là phần vật lý và phần chủ quan gắn liền với những nhận biết cảm giác Newton

đã viết: "Nếu biểu thi một cách chính xác thì tia sáng không có màu Trong những

tia đó không có gì ngoài những lực nhất định hoặc những yếu tố kích thích dẫn đến

mau này hay màu khác” Tiếp đó Newton đã dẫn ra những chỗ giống nhau hay giữa

âm thanh và màu sắc Những dao động sóng của không khí đập vào tai gây nên cảm

giác âm thanh cũng giống như ánh sáng đập vào mắt gây nên cảm giác màu

Newton đã giải thích đúng đắn vé màu của vật thể tự nhiên, của bể mặt mọi vật.

Lin đầu tiên Newton làm thí nghiệm tổng hợp mau quang Chính Newton đã lập

bang phân loại mau và biểu thị màu vé mặt số lượng Newton viết: "Bằng cách tổng

hợp có thể nhận được những màu bể ngoài nhìn giống như màu của ánh sáng đồng

nhất nhưng không phải với một tỉ lệ không đổi của màu đơn sắc và của cấu trúc ánh

sáng” Ở đây có thể khẳng định rằng, những bức xạ hoàn toàn khác nhau về thành

phổ có thể thấy, hiện tượng không phụ thuộc lẫn nhau của màu là đặc trưng điểm

cấu tạo của mất Vào thời đại Newton, người ta chưa biết điểu này Ông đã tìm ra

hiện tượng trên bằng thí nghiệm và ứng dụng nó để tìm màu hỗn hợp của những bức

xa theo màu của những bức xa thành phan

Newton cho rằng có bảy màu cơ bản, hỗn hợp những màu này có thể nhận được

mau của muôn vật Những màu đó là đỏ, đa cam, vàng, lục, xanh, lam, cham, tím

-những màu của phổ ánh sáng mặt trời Chia -những màu của phổ ánh sáng thành bay

màu là hoàn toàn giả định Do đó VimhemÔxvan (1853 - 1932) nhà hóa - lý người

Đức đã nhân xét, mau lục lạnh lẻo của biển và mau lục đậm của cây lá theo mắt

người khác nhau tựa hổ như màu đỏ và mau tím Nhưng theo Newton tất cả các màu

lục chỉ là một màu Ngoài ra, Newton còn ngộ nhận rằng, có thể tổng hợp bảy màu

cơ bản thành tất cả các màu Theo sự hiểu biết hiện nay, để nhận được các màu chỉ

cần 3 màu cơ bản

Lần đầu tiên, Newton đã sử dung 46 thị màu tức là vòng màu Newton Ông dùng

đổ thị này để hệ thống hóa các màu và xác định màu hổn hợp theo các màu thành

phan Cơ sở của phương pháp cộng màu bằng 46 thị của Newton là tìm trọng tâm.

Định luật này cho đến nay vẫn dùng để tính mau trên những đổ thị màu và dùng để

đặc trưng mau vé mặt số lượng.

Trên cơ sở 46 thị mau và cộng mau bằng để thị một câu hỏi được đặt ra là có thể chỉ

cần ba màu ta được tất cả các mau không? Vấn để này phải hơn 100 năm sau khi

Newton mất, mới kết luân nhờ kết quả nghiên cứu lý thuyết về bản chất ba màu của

Luận wn tốt ngập Cấu tạo phân tử và màu sắc

Nhưng mãi đến năm 1820 nhà vật lý kiêm thấy thuốc người Anh Thomas Young

(1773 - 1829) mới giải thích được hiện tương cảm thụ mau muôn vẻ qua cấu tạo

trong mắt lâng cho rằng, trong mất có ba loại dau nhay sáng của dây thin kinh.

Tac động của ánh sáng kích thích riêng rẻ từng loại dây than kinh sé có cảm giác về

những màu khác có thể coi là tổng hợp của su kích thích ba màu gốc.

Những công trình nghiên cứu của Helmholtz (1821 1894) và Maxwell (1831

-1879) vào giữa thé kỷ thứ 19 đã khẳng định và phát triển thêm lý thuyết ba mau của

thị giác Helmholtz đã làm nhiều thí nghiệm về tổng hợp những màu phổ bằng

phương pháp quang và xác được mối liên hệ chính xác giữa những màu phổ riêng

biệt và hỗn hợp của chúng Ông đã dùng một dụng cụ quang phổ gắn giống máy so

mau hiện đại ngày nay.

Helmholtz đã giải thích sự khác biệt giữa những quy luật tổng hợp màu ánh sáng và

màu bột tức là giữa tổng hợp màu công và tổng hợp màu trừ Ông đã xác định được

chính xác những cặp màu bù hoặc màu bổ sung, sắp xếp thành bảng có chỉ rõ bước

sóng.

Cũng giống như Helmholtz, Maxwell đã làm thí nghiệm tổng hợp màu phổ Ông

đã lập luận như sau: mau của mọi vật thể hiện tự nhiên bao gồm những màu phd,

còn mỗi một mau phổ, theo lý thuyết của Young bao gồm ba mau cơ bản có nghĩa là

chỉ cẩn xác định lượng của ba màu cơ bản của mỗi màu phổ một lin, ta có thể từ đó

tính toán ra những lượng màu cơ bản của bất kỳ một màu nào, miễn là biết thành

phan phổ của chúng Nguyên lý xác định tọa độ màu theo thành phan của tia sáng là

cơ sở của phương pháp so màu hiện đại.

Trong những thí nghiệm của mình, Maxwell đã chọn những màu đồng nhất sau

làm ba mau cơ bản: đỏ (bước sóng 630nm); lục (bước sóng 528nm); xanh (bước sóng

457nm) Để ghi những đẳng thức mau nhận được từ thực nghiệm và tính toán mau

lin đầu tiên ông đã dùng phương trình tính màu.

Maxwell đã tạo chính xác những màu cơ bản từ những thực nghiệm của mình.

Ông cho rằng, nếu từ ba màu nào đó có thể nhân được tất cả các màu phổ, tức là tất

cả những mau của thiên nhiên thì ba màu đó phải là những màu kích thích co bản

của Young Nhưng Maxwell đã mắc sai lắm ở chỗ cho rằng mầu của những kích

thích cơ bản là những màu thực và đã tìm nó trong những màu phổ Đến nay chúng

ta đã biết rằng, trong những diéu kiện bình thường, không thể “nhìn thấy” những

mau kích thích cơ bản Diéu đó được giải thích rằng, những vùng nhạy phổ của ba

đầu bộ thu của mất che lấp nhau

Do dé thậm chí những tia sáng đồng nhất rất thuần khiết khi tác động vào mắt

cũng đụng chạm ít nhất tới hai đầu thu cùng một lúc Do đó chúng ta nhìn thấy

không phải là những màu kích thích cơ bản thuần mà là hỗn hợp của hai màu và có

những vùng phổ đến ba màu Những mau kích thích cơ bản phải thuẫn khiết hơn tức

là phải đậm hơn tất cả những mầu thực thuần khiết nhất

Trang 7

Luộn woe tốt ngập Cấu tạo phân tử và màu sắc

Sau Maxwell, nhiều nhà nghiên cứu đã tiến hành đo đạc để biểu diễn tất cả

những màu phổ bằng lượng ba màu cơ bản Nhưng mãi đến năm 1930 ~ 1931,

V.Vơrai và J.Ghin mới nhận được những số liệu đo chính xác, điều đặc biệt là họ đã

tiến hành đo riêng, nhưng số liệu nhận được tương đối giống nhau và ba màu cơ bản

của ho chon cũng khác nhau Vorai đã ding những tia đống nhất, còn Ghin dùng

những tia phức tạp, tức là cho ánh sáng qua kính lọc sắc Sau khi tính, chuyển về bộ

ba màu cơ bản thống nhất thì những số liêu này khớp với nhau Năm 1931 hội nghị

chiếu sáng quốc tế gọi tất là C.LE (viết tất của chữ Pháp Commission

Internationale de I’Eclairage) đã thừa nhận những số liệu này và dùng làm cơ sở

cho hệ thống so mau quốc tế, hiện nay vẫn dùng để so màu.

Nhiều nhà nghiên cứu khác đã tính toán sự nhạy phổ của ba đầu thu của mất.

Năm 1947 Granit đã làm thí nghiệm trên mất sống của một số con vật nhìn được

màu Từ kết quả thí nghiệm, ông phát hiện được trong mắt những con vật đó có ba

đầu thu khác nhau nhạy cảm với những màu xanh, lục, đỏ Như vậy là đã xác minh

được lý thuyết ba màu của lâng, lý thuyết này tuy rất đáng tin cậy, nhưng dù sao

vẫn mới chỉ là lý thuyết.

Một vài cố gắng áp dung những phát kiến khoa học về màu vào thực tiễn đã có từ

thời Newton Khi Newton mất được ba năm (1930) một người thợ khắc người Pháp

là LơBlông đã dùng bảy màu cơ bản của Newton để nhận bản khắc nhiều màu.

Song ông nhận thấy rằng, trong trường hợp đó chỉ cần ba màu là đủ

Năm 1855 Maxwell đã chỉ ra khả năng áp dụng lý thuyết ba màu của thị giác để

phục chế những hình ảnh màu Năm 1861, ông giới thiệu lần đầu tiên tấm ảnh màu

nhận được bằng phương pháp ba màu Tấm ảnh đó nhận được bằng tổng hợp màu

cộng.

Cuối thế kỷ thứ 19 Duy-Orong đã tìm ra nguyên lý phục chế màu bằng cách tổng

hợp trừ, bao gồm cả phương pháp làm ảnh màu hiện đại trên màng phim ba lớp và

phương pháp in mau Song trình độ kỹ thuật lúc đó chưa cho phép áp dụng trước các

phương pháp khác, vào khoảng cuối thế kỷ 19 dau thế kỷ 20 nhưng kỹ thuật này

được coi là nghệ thuật litô màu chứ chưa phải kỹ thuật thực sự Mãi đến giữa những

năm 30 phương pháp in màu và ảnh màu công nghiệp mới chính thức phát triển và

nó đặc biệt 4p dung trong vô tuyến truyền hình mau.

Trang 8

Luộn vên tốt ngập Cấu tạo phân tử và màu sắc

€HƯ0R® II

ELECTRON TRẢ LỜI VỀ MÀU SẮC

du thế kỷ XX được đánh đấu bằng những phát minh làm thay đổi các quan

ee’ nim về bức tranh vật lý của thế giới Người ta đã không thể giải thích hóa

học hiện đại, cũng như không thể hiểu được nó, nếu không xét đến trạng thái

cấc electron trong nguyên tử.

Thành tưu của các phương pháp vật lý, mà trước hết là phổ hoc, cho phép làm

được đều này một cách khá tin tưởng Các quan niệm lý thuyết về cấu tao nguyên tử

cho phép dựa vào các nguyên lý đã được kiểm tra đẩy đủ cho những giả thiết phù

hợp với thực nghiệm Điều quan trọng đối với chúng ta là xác định trạng thái của

electron thay đổi như thế nào khi chúng tương tác với chùm ánh sáng.

I Thuyết ánh sáng của Max Planck

Cơ sở của các quan niệm hiện đại là quan niệm lượng tử

do Max Planck phát biểu năm 1900 dựa trên những quan sát

về sự hấp thụ ánh sáng bởi chất.

Trong thuyết cổ điển, ánh sáng được xem là chuyển độngsóng và chính những tính chất ấy của nó đã giải thích được sự

giao thoa và nhiễu xạ Còn khi ánh sáng bị hấp thụ bởi “vớ:

đen tuyệt đối" thì trạng thái các nguyên tử của chất thay đổi

Hình 4: Max Planck một cách gián đoạn, nhảy vọt, đường như năng lượng ánh

sáng đi đến chất được chiếu sáng theo những phẩn nhỏriêng biệt Max Planck đã để nghị gọi những phin năng lượng nhỏ bé này là nhữnglượng tử, Trong các thực nghiệm bình thường, khi dùng ánh sáng trông thấy đập lên

một lượng lớn (vĩ mô) nguyên tử, ta không thể ghi nhận và tách ra các lượng tử ánh

sáng (quang tử) được Tuy nhiên, nếu đối tượng bức xạ là một nguyên tử thì sự phát

ra hay hấp thụ năng lượng bởi nguyên tử đó dưới dang một số ít lượng tử lại trôngrất rõ

Chúng ta hãy tưởng tượng một cách đơn giản rằng chất có thể truyền đi với một

lượng không ít hơn một nguyên tử Anh s4ng có khả năng truyền đi với một lượng

không ít hơn một lượng tử và lương tử ấy, nói một cách hình ảnh, chính là “nguyêntử" của ánh sáng Năng lượng E của "nguyên tử" ánh sáng phụ thuộc vào tần số và

được xác định theo công thức:

E=hv

Mà v= c/^

Nên E =h (c/A).

Trang 9

Luộn wan tốt ngập Cấu tạo phân tử và màu sắc

Ở đây E: là lượng tử nắng lượng theo erg/phân tử

h:là hằng số planck (h = 6.6 10” erg.s)

v; tắn số là số sóng trong | giây

c: vận tốc ánh sáng trong chân không (c = 3.10””em/s)

A: bước sóng có thứ nguyên bằng cm

Ta có thể tính được mol lượng tử của một bức xa bất kỳ Người ta quen tính lượng

chất trên mol, mặc dù chưa ai nhìn thấy nguyên tử và phân tử cả Tuy nhiên, chúng

ta tin chấc rằng khi tiến hành phản ứng cháy:

C +O; = CO; + Q,

chúng ta đã hóa hợp một nguyên tử cacbon với một phân tử oxi Nhiệt tỏa ra do quá

trình dé dàng tính được trên | mol CO;

Lượng tử, có thể được xem là “nguyên tử" của bức xa Nâng lượng của chúng có thểđược xác định như là nhiệt chứa trong phân tử cacbon và trong phân tử oxi.

Ví dụ như cách tính số lượng tử đã dùng để đun nóng (đến sôi) 1 mol nước (từ 0

đến 100° C) đưới tác dụng của bếp hồng ngoại với A = 10 pm (v = 3.103).

Luộn vốn tốt ngập Cấu tạo phân tử và màu sắc

Il Thuyết ánh sáng của Albert Einstein

Năm 1905, một giáo viên toán học và vật lý học người Đức hai

mươi sáu tuổi Albert Einstein đã đi đến một kết luận kỳ lạ làmrung chuyển các cơ sở của khoa học đương thời: khối lượng và

năng lượng là những biểu hiện khác nhau của cùng một bản

Hình 5: Albert Einstein chất Sự biến đổi năng lượng luôn luôn tỉ lệ với sự biến

đổi khối lượng và ngược lại Hệ số tỉ lệ giữa chúng vớinhau là bình phương vận tốc ánh sáng trong chân không:

AE=c* Am

Hai định luật lớn của khoa học tự nhiên được thống nhất trong dạng này: định

luật bảo toàn năng lượng của vật lý học và định luật bảo toàn khối lượng phát minh

từ năm 1748 mà các nhà hóa học đều biết Những hệ thức mà Max Planck và Albert

Einstein đã có được, xác nhận mối liên hệ giữa ánh sáng và khối lượng.

Đối chiếu E = hv và E=me* ta có thể xác định được khối lượng tương đương với

các lượng tử đã tiêu phí trong ví dụ đã nêu trên :

Năng lượng E của mỗi một photon phụ thuộc vào tin số bức xạ và không phụ thuộc

vào cường độ, bởi vì trong các biểu thức đã viết ở trên có chứa tan số và không

chứa cường độ của ánh sáng đập vào (như đã tưởng theo thuyết điện từ cổ điển).

II Anh sáng vừa là sóng vừa là hạt

Thí nghiệm “sy bit” các electron khỏi bể mặt kim loại Xesi (Cs) dưới tác dung

của ánh sáng đã xác nhận rằng hiệu ứng quang điện sẽ không xảy ra khi tan số của

ánh sáng đập vào vượt quá giá trị “tới han” nào đó Nếu năng lượng của các của các

lượng tử đập vào bé hơn mức cẩn thiết thì sự tách electron khỏi nguyên tử kim loại

asé không xảy ra Ta có thể tăng số lượng tử Muốn vậy, ta chỉ cần tăng độ roi, tăng cường độ dòng sáng Tuy nhiên đều này không làm biến đổi năng lượng của các

lượng tử

5 = 2,2.10734(g)

Trang \1

Luộn won tốt ngập Cấu tạo phân tử và màu sắc

E = hy, bởi vì tần số của mỗi lượng tử vẫn như cũ Muốn tang nang lương cần phải

làm thay đổi tấn số, nghĩa là phát di một dong dao động điện từ có tan số lớn hơn

Sự tang cường độ ánh sáng dẫn tới tăng số lượng tử, chứ không tăng năng lượng của

chúng.

Những su kiên này và những sự kiện tương tư khác đã phá vỡ các quan niệm cổ

điển Người ta đã không thể xem ánh sáng chỉ là sóng, nhưng đồng thời cũng không

thể giải thích tất cả các hiệu ứng ánh sáng chỉ trên cơ sở mỗi thuyết hạt: cả trườnghợp này và trường hợp nọ đều không xét đến những tính chất quan trọng của nó Chỉcòn mỗi biện pháp là xem bức xạ như một hiện tượng vừa có tính chất hạt vừa có

tính chất sóng: và thế là vật lý học đã xác lập khái niệm nhị nguyên luận hạt-sóng

của bức xạ Anh sáng (trông thấy hay tử ngoại) lan truyền như một chuyển động

sóng, nhưng các nguyên tử chất hấp thụ nó lại xảy ra như tương tác của các hạt Tuy

nhiên, một khi năng lượng được nguyên tử hấp thụ từng phan, thì năng lượng của

chính các nguyên tử cũng thay đổi không phải liên tục mà cũng thành từng phẩn.

nghĩa là một cách nhảy vọt, và trạng thái năng lượng của chúng gồm một dãy các

giá trị gián đoạn, hay nói một cách khác, bị lượng tử hóa.

IV Mẫu nguyên tử hạt nhân

1 Mẫu nguyên tử hành tinh của Ernest RutherfordNăm 1911, Ernest Rutherford đã vận dụng khả năng xuyên suốt của một dang

bức xạ phóng xa, tia a, tìm ra cấu trúc bên trong của nguyên tử (hình 7).

Emest Rutherford nghiên cứu quỹ đạo bay của các hạt a khi bắn phá các lá vàng

Hình 6: Thí nghiệm Rutherford dùng tia a

bắn lá vàng

dày khoảng 0,0005mm Rutherford phát hiện được rằng khi đi qua lá vàng đa số các

hạt œ tiếp tục chuyển động theo hướng cũ Một phần nhỏ các hạt œ lệch khỏi đường

đi của mình theo những góc khác nhau, còn một số ít hat a bất đầu chuyển động

theo hướng ngược lại Hiện tượng này được biết dưới tên gọi là sự tán xạ các hạt œ

Chỉ có thể giải thích tính chất này của các hạt œ ở chỗ khi đi qua kim loại, chúng

hình như va phải phẩn điện tích đương của nguyên tử - hạt nhân, có khối lượng lớn

hơn khối lượng của hat œ và khi đó chúng rơi vào trường tác dụng của các lực đẩy

coulomb, Sự va chạm với electron không thể ảnh hưởng đến quỹ đạo của hạt a vì

khối lượng của electron (9.1.10 g) nhỏ hơn khối lượng của hạt œ đến 7500 lần.

Trang 12

Luôn vên tốt nguập Cấu tạo phân tử và màu sắc

Khi đi qua lá vàng, các hạt œ gắp trên đường đi nhiều nguyên tử kim loại, nhưng

rất ít khi bị lệch khỏi đường đi ban đầu (chỉ có một trong số hàng trăm nghìn hạt œ đi

qua lá kim loại bị lệch mà thôi) Chỉ có thể giải thích được điểu này ở chỗ kích thước

của hạt nhân rất nhỏ so với kích thước của nguyên tử và xác suất quỹ đao của hạt œ

bay qua hat nhân rất nhỏ Phin chủ yếu các hat œ bay xuyên qua nguyên tử, không

thay đổi hướng bay.

Nếu giả thiết rằng nguyên tử, hạt nhân va electron có dang hình cầu, thì đường kính của nguyên tử bằng khoảng 10cm còn đường kính của hạt nhân khoảng 10

"om: nghĩa là hạt nhân chiếm khoảng 1/10" thể tích của nguyên tử Dé cho rõ, nếu

hình dung nguyên tử to bằng quả cầu có đường kính 100m (cao bằng ngôi nhà ba

mươi tầng) thì hạt nhân nguyên tử có đường kính không lớn quá Imm Trong khi đó

toàn bộ khối lượng của nguyên tử thực tế tập trung ở hạt nhân của nó Do đó khối

lượng riêng của các hạt nhân nguyên tử rất lớn Nếu như có thể tập trung được lem”

các hạt nhân nguyên tử thì khối lượng của chúng bằng khoảng 116 triệu tấn

Như vậy E.Rutherford đã tìm thấy nguyên tử bao gồm hạt nhân tích điện đương

có thể tích nhỏ (fy; nase = 10°? - 10cm) nhưng nặng, chiếm toàn bộ khối lượng trong

trường dương của hạt nhân này.

Để minh họa cho cấu trúc nuyên tử mà ông tìm ra, Rutherford đã so sánh nó với cấu trúc của hệ mật trời Do đó mà có tên gọi " Mẫu hành tinh" trong đó hạt nhân

là Mặt Trời, còn các electron là những hành tinh.

Mô hình hành tỉnh, hay mô hình hạt nhân nguyên tử của Rutherford là một bước

tiến lớn trong nhận thức về cấu trúc nguyên tử Nhưng trong một số trường hợp nó mâu thuẫn với những đữ kiện đã được xác nhận chính xác.

Chẳng hạn, mô hình hành tỉnh không thể giải thích tính bển của nguyên tử Khi

quay quanh hạt nhân, electron phải phát ra một phần năng lượng của mình dưới dạng

dao động electron Điều đó dẫn đến sự phá hủy cân bằng giữa lực hút tĩnh điện của

electron vé hạt nhân và lực li tâm gây ra bởi sự quay của electron quanh hạt nhân

Để khôi phục lại cân bằng, electron phải dịch chuyển đến gắn hạt nhân hơn Do đó

khi bức xạ một cách liên tục năng lượng electron, thì din dắn electron phải đi đến gan hạt nhân và cuối cùng rơi vào nó- nguyên tử sẽ không còn tốn tại được nữa.

Trên thực tế nguyên tử lại rất bền và có thể tổn tại vô thời hạn.

Đối với chúng ta điểu đáng chú ý nhất là mô hình Rutherford không giải thích

được đặc điểm của quang phổ nguyên tử Chúng ta biết rằng khi đi qua lăng kính

thủy tỉnh thì ánh sáng mặt trời tạo thành quang phổ - dải màu chứa tất cả các màu

của chu vồng Hiện tượng này là do ánh sáng mắt trời gồm các sóng electron có tin

số khác nhau Các sóng có tin số khác nhau bị khúc xạ bởi lăng kính một cách

không đồng đều, dẫn đến tạo thành quang phổ liên tục Anh sáng phát ra bởi các chất lỏng và các chất rấn nung nóng sáng cũng thể hiện tính chất tương tự Quang

Trang 13

Luộn vén tốt ngập Cấu tạo phân tử và màu sắc

phổ của các khí và các hơi được đốt nóng sáng là những vach màu riêng biệt, cách

nhau bởi những khoảng tối - quang phổ vạch Đồng thời các nguyên tử của mỗi nguyên tố cho quang phổ hoàn toàn xác định, khác với quang phổ của nguyên tố

khác.

Tính chất vạch của quang phổ không phù hợp với thuyết Rutherord, vì khi phát ra năng lượng electron phải đi liên tục đến gắn hạt nhân, và quang phổ của nó phải là

quang phổ liên tục

Do đó mô hình hành tinh nguyên tử không thể giải thích được tính bén của

nguyên tử, cũng như không thể giải thích được tính chất vạch đối với quang phổ của

các khí và hơi.

Tuy nhiên, Ernest Rutherford đã làm một việc chính yếu nhất va quan trọng vé

nguyên tắc Nguyên tử hành tinh của ông sau gắn 20 năm tổn tại đã xúc tiến nhiều

cho việc xác lập bức tranh lượng tử , gián đoạn và mới của thế giới, trong đó vai trò

chính yếu là lương tử Planck và hệ thức Einstein mà ta đã nói ngay từ đẫu

Đến năm 1930 người ta thấy rằng dựa trên các thành tựu toán học các nhà vật lý

Hình 7: Nguyên tử và electron theo quan niệm thuyết hành tinh (a)

và thuyết lượng tử (b); c- "sóng chi” (theo Louis de Broglie

đã có cách mô tả tính chất của nguyên tử cho phép xác định khá chính xác trang

thái của clecươn và tiên đoán những đặc trưng riêng của nguyên tử Cách mô tả

nguyên tử theo cơ học lượng tử ra đời và ngày nay được xem là thông dụng nhất

(hình7) Cơ sở của nó từ bỏ hoàn toàn các định luật cơ học cổ điển trong cách mô tả

cấu trúc bên trong của nguyên tử Chúng ta phải thông hiểu vấn để này, bởi vì màu

của chất phụ thuộc vào chỗ electron tương tác như thể nào với các lượng tử ánh

sáng.

Trang 14

Luda von tốt ngập Cấu tạo phân tử và màu sắc

2 Thuyết nguyên tử của Niels Bohr

Người dau tiên thấu hiểu tính tất yếu của sự khước từ này là

Niels Bohr Ong đã để ra những tiên để nổi tiếng và thực sự đã

cứu sống mẫu nguyên tử hành tinh Ong giả thiết sự tổn tại cácquỹ đạo dừng trong nguyên tử và khi ở trên các quỹ đạo đó thì

electron không hấp thụ không phát năng lượng Phần năng

lượng không phân chia được ,lượng tử, chỉ có thể tách ra khi

Hình 8: Niels Bohr clecron chuyển từ trạng thai dừng này sang trạng thái đừng

khác Cho đến nay các trạng thái năng lượng của electron

trong cách mé tả nguyên tử theo cơ học lương tử, như Niels Bohr đã gọi, là các trang

thái “dừng”, còn các số đặc trưng cho trạng thái này được gọi là các số lượng tử

(cũng gọi theo Borh).

Năm 1913, Niels Bohr đã vận dụng các quan niệm của thuyết lượng tử mới để

giải thích các phổ vạch của ngyên tử Hidro và sau đó các tiên để do ông phát biểu

đã được dùng để giải thích trang thái electron ở các nguyên tử của nguyên tố khác.

Theo thuyết Bohr, các electron chỉ có thể quay xung quanh hạt nhân nguyên tử theo những qũy đạo tròn được phép và xác định nghiêm ngặt, đồng thời khi chuyển

động trên những qũy đạo đó electron không phát ra năng lượng Electron chiếm quỹ

đạo được phép nào là tuỳ thuộc vào năng lượng của nguyên tử Ở trạng thái cơ bản

không bị kích thích, nguyên tử có năng lượng cực tiểu và electron quay trên qũy đạo

gắn hạt nhân nhất, Trong trường hợp này liên kết giữa clectron và hạt nhân là bền

nhất Nếu nguyên tử nhận thêm một phin năng lượng bổ sung nữa, thì nó sẽ chuyển

sang trạng thái bị kích thích Khi đó electron sẽ chuyển đến một trong những quỹ

đạo xa hạt nhân hơn.

Như vậy, năng lượng của electron trong nguyên tử bị kích thích lớn hơn năng

lượng của clectron ở trạng thái cơ bản, không bị kích thích Trạng thái bị kích

thíchcủa nguyên tử rất ngắn ngủi: nó chỉ kéo đài khoảng một vài phần trăm triệu

giây, sau đó electron chuyển trở lại qũy đạo ban đầu một cách trực tiếp hoặc qua những qũy đạo được phép khác nằm giữa chúng Còn sự chuyển từ quỹ đạo này (với

năng lượng E,) sang quy đạo khác (với năng lượng E;) đòi hỏi hoặc là electron hấp

thụ lượng tử nang lượng nếu năng lượng ở quỹ đạo thứ hai lớn hơn, hoặc là electron

giải phóng nang lượng dư dưới dạng lượng tử ánh sáng, nếu E; bé hơn E, Trong

trường hợp tổng quát, sự biến đổi năng lượng liên hệ với tan số bức xa bằng hé thức

sau:

E, - E¡= hy (ere/phân tử).

Electron chuyển động trên cùng một qũy đạo sẽ không phát ra năng lượng Trong

nguyên tử nằm ở trạng thái cơ bản electron có thể quay vô thời hạn, có nghĩa là

nguyên tử như thế là một hệ rất bền, Thật ra thì khó mà giải thích cái gì giữ electron

Trang 15

Luộn văn tốt ngập Cấu tạo phân tử và màu sắc

trên những qũy đạo này Tuy nhiên vấn để này Bohr đã không đặt ra Điều quan

trọng đối với Bohr là giải thích nguồn gốc phổ vạch Thuyết Bohr mâu thuẫn gay gắt

với những luận điểm của vật lý học cổ điển, cho rằng electron quay trên qũy đạo bất

kỳ và hạt tích điện không thể chuyển động theo qũy đạo tròn mà không có sự bức

xa Nhưng các phổ nguyên tử mà Bohr tính toán trùng hợp rất tốt với các phổ thu được bằng con đường thực nghiệm Ví dụ trong quang phổ nguyên tử hidro và các

vạch trong vùng tử ngoại có liên quan với các bước chuyển electron từ những qũy

đạo được phép xa hơn về qũy đao đầu tiên kể từ hạt nhân Các vạch trong vùng nhìn

thấy được của quang phổ tương ứng với các bước chuyển của electron từ qũy đạo thứ

ba (H,,) thứ tư (Hạ) và thứ năm (H,) về qũy đạo thứ hai Trong vùng hồng ngoại của

quang phổ hidro, các vạch có liên quan với những bước chuyển của electron từ các

qũy đạo được phép xa hơn về quỹ đạo thứ ba

Như vậy, thuyết Bohr không những chỉ giải thích bản chất vật lý đối với tính chất

vạch của phổ nguyên tử như là kết quả của sự chuyển electron từ qũy đạo được

phép này về quỹ đạo được phép khác của nguyên tử, mà còn cho phép tính được các

vị trí của các vạch trong quang phổ.

Nghiêm khắc mà nói thì thuyết Ernest Rutherford - Niels Bohr chỉ đúng đối với

nguyên tử hidro, trongđó Niels Bohr đã giả thiết sự có mặt những quỹ đao tròn Các

bán kính của những trang thái đừng này khác nhau một hay một vài đại lượng

n là số lượng tử (bằng 1,2,3,v.v.): đây là mức năng lượng trong các "dãy"

được xác định bằng số n (số thứ tự của dãy)

m, vr là momen quỹ dao Niels Bohr đã tính được, trên lý thuyết, phổ của

hidro (điều mà trước không ai làm được) và tiên đoán sự tổn tại một số vạch

trong phổ mà về sau đã tìm thấy.

Về sau, thuyết Borh có thêm những bổ sung, cho phép electron trong nguyên tử

chuyển động không những theo qũy đạo tròn, mà còn theo các qũy đạo bầu dục nằm

trong khoảng không gian theo cách khác nhau Tuy có những điểm bổ sung và hoàn

thiện, thuyết Bohr vẫn không thể giải thích được một số tính chất của các nguyên tử

nhiều electron (ngay cả nguyên tử đơn giản như nguyên tử Heli) đã không thấy có

sự phù hợp, dù chỉ là về mặt định tính

Năm 1915, A Sommerfeld đã hoàn thiện thuyết N Bohr Ông đã giả thuyết rằng

các electron trong nguyên tử có thể chuyển động chẳng những theo các quỹ đạo tròn, mà còn theo các quỹ đạo clip, năng lượng của electron khi chuyển từ quỹ đạo

Trang 16

Ludn von tốt nghệ Cấu tạo phân tử và màu sắc

này sang quỹ đạo khác cũng thay đổi một cách nhảy vọt, nghĩa là các trang tháielectron nay cũng bị lượng tử hóa.

Trục lớn của các quỹ đạo có dạng clipxoit bằng đường kính của quỹ đạo tròn có

cùng một năng lượng dự trữ Tương quan giữa các trục của elip thay đổi theo số

nguyên từ 1 đến (n - 1) người ta đã đưa ra số lượng tử quỹ dao í Những obitan kéo

dài có thể định hướng một cách khác nhau trong không gian (khi đặt trường lên nguyên tử) Để đặc trưng hình chiếu trên phương của trường (trục lực), người ta đưa

ra số lương tử từ mụ Giá trị của nó thay đổi từ -! qua 0 đến +i.

Như vậy thuyết mẫu nguyên tử hành tính đã đòi hỏi không phải một, là ba đặc

trưng số nguyên dé đặc trưng và tính các quang phổ của nguyên tử: n là số lượng tử

chính, / là số lượng tử phụ m, là số lượng tử từ Bây giờ thuyết đã giải thích đúng

các phổ của những nguyên tử có nhiều electron Tuy nhiên thực nghiệm, người phê

phán nghiêm khắc nhất đối với tất cả các thuyết, cho thấy rằng giải thích đó chỉ mới

có tính chất định tinh, chỉ mới hiểu được sự phân loai các vạch trong phổ và có thể

liên hệ mỗi vạch phổ với một bước chuyển xác định của electron Còn việc tính toán

các năng lượng của những electron, cũng như cường độ của các vạch trong phổ đều không thể làm được theo thuyết đó Ngay trong trường hợp Heli cũng không có sư

phù hợp với mặt định lương.

Ngoài ra thuyết dựa trên mẫu nguyên tử hành tinh đã không giải thích được vì

sao electron khi "chuyển động” không phát ra nang lượng như điện động học đòi

hỏi; thuyết hoàn toàn không nói gì vé bản chất của liên kết hóa học và cho những

kết quả không đúng về năng lượng liên kết và các khoảng cách giữa các hạt nhân

nguyên tử trong phân tử.

3 Tính chất hạt— sóng của các hạt (thuyết nhị nguyên)

Quan niệm hành tỉnh về nguyên tử đã tổn tại không bao lâu Khi mẫu nguyên tử

đo Emest Rutherford đưa ra và được Niels Bohr và A Sommerfeld hoàn thiện vừa

được mọi người công nhận, thì đã xuất hiện những dữ kiện chứng tỏ những tinh chấtmới đị thường của electron.

+ Hiệu ng A.Compton và thuyết nguyên từ của Louis de Broglie

Năm 1912, A Compton đã tìm ra hiệu ứng về sau đã được gọi theo tên ông Ông

cho thấy rằng các tia Rơnghen khi va chạm với các electron thì thay đổi xung lượng

(chuyển động) một cách giống như hai hạt đã va chạm nhau tương tự như các viên

bi-a Diéu này được xem là kỳ la, bởi vì tham gia vào một bên là các lượng tử của

bức xạ Rơnghen- có thể coi là các sóng — hạt, nhưng một bên là electron mà đến lúc

này được thừa nhận là chỉ có các tính chất hạt, mà phải có cả tính chất sóng Một

năm sau, Louis de Broglie đã phát biểu kết luận như vậy.

Vé tính liên tục gián đoạn của các trạng thái năng lượng electron trong nguyên

tử, năm 1923 Louis de Broglie đã đi đến kết luận rằng chuyển động của các vi hạt

Trang 17

Luộn won tốt nghưệp Cấu tạo phân tử và màu sắc

như electron can phải ứng với sóng Chính nó quyết định các quỹ dao mà

clectron có thể chuyển động trên ấy.Đó phải là những quỹ đạo mà trên đó chỉ “xépTM

được một số nguyên sóng (hinh7c) De Broglie còn gọi nó là "sóng chủ” Từ chỗ đối

chiếu hai phương trình :

E=lw cam

Hệ thức 4 = c/v và biểu thức đối với xung lượng p = mc, ông đã làm sáng tỏ mối

liên hệ giữa bước sóng của "sóng hạt" ấy với khối lượng m của hạt và tốc độ chuyển

động v của nó:

pach

mv

Giả thiết thuần túy trừu tượng này của De Broglie về tính chất sóng của electron

trong những năm 1927 - 1928 đã được xác nhận bằng thực nghiệm Mới dau là những người Mỹ I.Davission và G Germer và lién sau đó là những người Anh U.

Thomson và A Gid, đã tìm thấy chùm electron, tương tự như các sóng ánh sáng, có

thể cho hiệu ứng nhiễu xạ và hiệu ứng giao thoa Những bước sóng quan sát được

trong những thí nghiệm này hoàn toàn phù hợp với những bước sóng đã được tính theo công thức De Broglie.

Như vậy, do sự thống nhất các quan điểm của A Einstein và De Broglie, người ta

đã thấy rõ chẳng những sóng ánh sáng có khả năng hoạt động như một dòng vi hạt,

mà các dòng vi hạt như electron cũng có các tính chất sóng Từ đấy trong khoa học

đã xác lập nhị nguyên luận hạt - sóng chẳng những của bức xạ, mà còn của hạt nữa.

Electron như một hạt có tốc độ, cần phải tương ứng với một xung lượng cụ thể tại

mỗi điểm của quỹ đạo Đồng thời electron như là sóng, tất nhiên phải có một bước

sóng đặc trưng và do đó vị trí của electron trên suốt bước sóng này là bất định Có

thể tính được đại lượng của sóng này đối với electron (khối lượng m, = 9,1.10TM g)

chuyển động đưới điện áp 26V chẳng hạn (v = 0,01.c = 3.10” cm/s).

Quá trình sóng là quá trình xác suất Sóng không cố định vị trí của electron tại

một điểm nào đấy của không gian, mà đặc trưng sự xuất hiện của nó với một độ xác

suất nào đấy phụ thuộc vào các thông số của sóng Chúng ta hãy làm rõ nguyên lý

quan trọng này một cách chỉ tiết hơn Giả sử chúng ta cố định chặt vị trí chính xác

của electron Dé quan sát nó, ta cẩn phải dùng nguồn bức xạ cũng như để xác định

Trang 18

Luận vên tốt ngập Cấu tạo phân tử và màu sắc

vi trí của vật trong phòng tối can phải có tia đèn pin, để xác định vị trí của máy bay

cần phải dùng rađa vậy Nhưng trong các tình huống được so sánh có một su khác biệt về nguyên tic: cả tia sáng chiếu vào vật trong phòng, cũng như tia rada chiếu

lên máy bay đều không có tác động rồ rệt; còn sự hấp thụ lượng tử ánh sáng bởi

electron thì làm thay đổi tốc độ của nó và do đó làm thay đổi trang thai nang lương

của nó (kiểu như tia đèn pin làm di chuyển vật trong phòng vay) Tia bị phan xa từ

electron sẽ quay trở lại phía người quan sát và thông báo về vị trí, chứ không phải

về tốc độ của electron (hay về năng lượng).

Nảy sinh một hiện trạng thoạt nhìn có vẻ kỳ lạ Nếu ta nhằm xác định nănglượng của electron bằng cách do tin số các dao động của nó và tính tốc độ theo

lượng tử có tin số siêu cao (có bước sóng vô cùng bé) thì những lượng tử ấy sẽ làm

thay đổi xung lượng của electron và sẽ không thể xác định được gì về tốc độ của nó,

nghĩa là trạng thái năng lượng của electron sẽ hoàn toàn không xác định được.

Điều đó vẻ khác thường này có thể minh họa một cách rõ rệt nhất bằng ví dụ về

con lắc Nếu cố định các vị trí của con lấc thì ta sẽ không nói gì vé biên độ và chu

kỳ chuyển động của con lắc thì điểu cẩn thiết là nó phải dao động Thế nhưng trong trường hợp này vị trí của nó trở nên hoàn toàn bất định trên toàn bộ biên độ dao

động của nó.

+* Thuyết nguyên từ của W HeisenbergNgười đầu tiên hiểu rằng có thể thí nghiệm để xác định chính xác đồng thời tọa

độ của electron và xung lượng của nó là nhà vật lý người Đức W.Heisenberg Ông

cho thấy luôn luôn có một độ bất định nào đấy của vi tri Ax và xung lượng Ap, haycũng như tốc độ v được liên hệ với xung lượng của electron bằng hệ thức p = mv

Tích các bất định này không thể bé hơn đại lượng không đổi h náo đấy:

Luda von tốt ngập Cấu tạo phân tử và màu sắc

Từ đó suy ra rằng, nếu khối lượng m của hạt lớn, thì độ bất đính bé Còn nếu m

rất bé, như đối với hat thuộc quy mô nguyên tử, thì độ bất định tăng lên W

Heisenberg cho rằng trong nguyên tử ta không thể xét các hạt với độ chính xác toán

học được, mà trái lại ta phải xét một mién bất định mà hạt có thể nằm trong ấy,

nhưng với xác suất khác nhau trong tất cả các điểm có thể Tính chất của mién nàylà: Vị trí của electron trong nó được xác định càng chính xác thì năng lương của của

nó với độ tin cay càng bé, và ngược lại.

Ở đây các nhà nghiên cứu hóa học đứng trước một tình trạng khó xử: điều gì

quan trọng hơn đối với việc mô tả trạng thái của electron trong nguyên tử, tọa độ

hay năng lượng của nó Bởi vì tương tác hóa học của các hạt tham gia vào phản ứng

gắn liền với sự thay đổi năng lượng, cho nên đối với hóa học can phải xem trọng giá trị chính xác của nang lượng và sự thay đổi của nó khi electron chuyển từ trạng thái

này sang trạng thái khác (hay từ nguyên tử này sang nguyên tử khác) Chúng ta

dường như “hi sinh” 46 chính xác của toa độ electron (và như vay vị trí của electron

trong nguyên tử là hoàn toàn bất định), thế nhưng chúng ta có thể nhận được khá

chính xac( giá trị nãng lượng của nó.

Như vậy cơ học cổ điển với cách xét quy đạo chuyển động của điểm trong không

gian của nó không thể cho một bức tranh đúng về trạng thai của electron trong

nguyên tử Sự biểu hiện tính chất sóng của electron chứng tỏ rằng có thể giải thích

trạng thái của chúng trên cơ sở các phương trình mô tả chuyển động sóng (ví du như

đao động của dây đàn hay các dao động điện từ).

Ý nghĩa của sự chuyển động này được minh họa trên hình 7 Nếu xác định vị trí của electron theo các định luật cơ học cổ điển và cơ học lượng tử thì sự khác nhau

trong cách mô tả ấy sẽ rất cơ bản Theo quan niệm cổ điển, xác suất tìm thấy

electron đối với mỗi điểm bất kỳ sẽ hoặc là một, hoặc là không Trong tất cả các

điểm, trừ một điểm, xác suất sẽ bằng không Đồ thị bên trên hình vẽ ứng với trường hợp cố định chính xác vị trí của eclectron trong cơ học cổ điển.

Như đã nói, mô tả chuyển động của sóng có nghĩa là tìm xác suất xuất hiện của

nó Theo cơ học sóng, xác suất có thể có những giá trị trung gian giữa 0 và 1 Vị trí

có xác suất lớn nhất của electron trùng với vị trí mà cơ học cổ điển xác định cho

electron, nhưng electron còn có thể nim ở những vị trí khác Giả thiết rằng nếu vị trí

electron đo được không phải một lin mà là nhiều lắn thì các điểm tìm được phân bố

tương ứng với đường cong phân bố xác suất Khi chuyển sang chuyển động sóng, ta

cần phải xét cả các đặc trưng bất biến của chuyển động này: biên 46, pha chuyển

động và các đấu của chúng, các đầu mối (nơi sẽ không có các dao động), v.v Khi đó

ta cẩn nhớ rằng các sóng electron được xem là những sóng đứng, có thể thu được

nếu như ta gây chuyển động giống như sóng đối với một sợi dây có một dầu buộcvào tường Chuyển động như vậy về nguyên tắc là tuân theo phương trình hình sin

Trang 20

Luda vên tốt ngập Cấu tạo phân tử và màu sắc

Còn phương trình tương ứng với đặc tính sóng clectron thì lại đòi hỏi phải tìm bằng

cơ học sóng.

Vị trí của electron có thể đặc trưng bằng biểu đổ xác suất (hình 7), nếu như cố

định (“chụp ảnh”) được electron qua những khoảng thời gian ngắn, toàn cảnh giống

như những 16 thủng trên tia ban; chổ nào lổ thủng to thì chổ ấy xác suất lưu lại

electron lớn.

Mặc dù có được những bức tranh này, chúng ta vẫn cứxem electron là một điểm Đúng ra nói chung thi phảitừữbỏ yv

cách biểu điển như vậy và xem nó như một lượng nào đó nN OMI điện tích âm và có khối lượng được phân bố (“được bôi”) một L | “~ sz

cách tương ứng xung quanh hat nhân, déng thời tuỳthuộcvào wy 6%?

nang lượng của electron, sự phân bố này sé mỗi lấn một Obi tan 25

khac h s

Trong trường hợp ấy, electron hiện ra trước mắt chúng ta + 1 $7

dưới dạng “dim mây” có hình dạng phụ thuộc vào năng Hình 9: Sự phân bố xác

lượng của electron Sự phụ thuộc giữa cách phân bố mật độ _ , ,t theo bán kính của

đám mây electron và khoảng cách r đến hạt nhân thường đám mây electron

được biểu diễn bằng đường cong phân bố xác suất theo bán

kính (hình 9).

Hình vẽ cho thấy rằng tại lớp vỏ có bán kính r nào đấy tập trung phần lớn khối

lượng và điện tích electron

Khi xác định trạng thái năng lượng của electron, người ta có ý hi sinh độ chínhxác về độ chính xác nhất định Miền không gian nguyên tử ấy vé sau được gọi là

“obitan nguyên tử của electron”.

Nếu chuyển qua xét chuyển động của electron trong hệ ba tọa độ: x,y,z thì các phép giải phương trình sóng sẽ giống các phép giải đối với một tọa độ, nhưng sẽ

phải đưa vào không phải một mà ba số lượng tử cùng một lúc Mỗi số trong chúng sẽ

có một giá trị nguyên Tất cả những số này đã có những tên gọi đặc biệt và có cách

giải thích trực quan tương ứng Tuy nhiên ta phải luôn nhớ rằng tất cả chúng đã sinh

ra (đã được đưa ra) như những hằng số cần cho việc giải phương trình sóng lượng tử

nhằm xác định năng lượng của electron “được bôi” xung quanh hạt nhân tại một

miễn không gian nguyên tử nào đấy vì tọa độ bất định

V Các số lượng tử

Số lượng tử chính (n) có giá trị từ 0 đến 7 Điểu này tương ứng với số thứ tự của

các chu kỳ trong bảng D.LMendeleev còn cách giải thích trực quan của nó thì là

những lớp hay lớp vỏ năng lượng mà các electron phân bố trên đó Trong mỗi chu kỳ

Trang 21

Luda vên tốt nghuập Cấu tạo phân tử và màu sắc

mới đều bắt dau sự lắp day electron vào lớp vỏ năng lượng có số thứ tự phù hợp với

chu kỳ

Số lượng tử phụ (1) có giá trị từ O đến (n-l) Để trực quan, người ta cho nó chịutrách nhiệm đối với hình dạng không gian của các obitan nguyên tử Các nghiệm củaphương trình sóng với những giá trị khác nhau của số lượng tử | được ký hiệu theo

như quy ước trong phổ học nguyên tử.

Các giá tril: 0 1 2 3 4 5 6

Obitan s P d f E h I

Bốn ký hiệu đầu được hình thành có tính chất lich sử, theo tên gọi của dạng phổ,

côn sau f thì được lấy theo thứ tự bảng chữ cái

Số lưởng tử từ (m,) có thể được lấy các giá trị từ -l qua 0 đến +1 Nó được xem như

hình chiếu của obitan electron lên phương của trường điện từ của nguyên tử (hình10) Nếu obitan electron định hướng thẳng góc với đường điện từ, thì hình chiếu của

nó bằng không.

Khi ba số lượng tử này được xác định thì hàm số sóng sẽ mô tả mộ electron cụ

thể có dự trữ năng lượng xác định và trong trường hợp ấy nó thường gọi là obitan

nguyên tử Tuy nhiên ngoài ba số lượng tử này còn có một số nữa được suy ra không

phải bằng cách giải phương trình sóng Nó được W.Uhlenbeck và R.Goudsmit để ra

năm 1925, Trên sơ sở nghiên cứu nhiều phổ nguyên tử, các nhà bác học đã đi đếnkết luận rằng một số đặc điểm của phổ chỉ có thể giải thích được trong trường hợp,

nếu như có thêm một đặc trưng phụ nữa đối với electron Các nhà bác học đã giả

thiết rằng electron quay xung quanh trục giống như con quay và xuất phát từ tiếng

Anh.

Spinning là quay người ta dùng thuật ngữ “Spin electron” Hình như đây là diéu dành

cho tính chất hạt của electron

Hình 10: Dang của các đấm mây electron s và p, và sự định hướng của các obitan p

Trang 22

Luộn vên tốt nghưệp Cấu tạo phân tử và màu sắc

Mẫu con quay cho phép tim ra từ trường do momen góc của spin tạo ra Độ lớn củamomen này cũng được do bằng các đơn vị h/2x và được xác định bằng biểu thức

Thật ra kết quả tính toán đã hai lắn lớn hơn đại lượng quan sát được trong thínghiệm Nguyên nhân, như người giả định, là ở tính chất phân bố khối lượng và điện

tích không đồng nhất với nhau của electron mà diéu này thì không được tính đến nếu

dựa vào thuyết hạt cổ điển Để cho các tính toán phù hợp với thí nghiệm cẩn phải

chia các kết quả tính toán cho 2 Tứ đó xuất hiện giá trị 1⁄2 mà thực chất là hệ số sai

lệch giữa thí nghiệm và tính toán giản đơn đối với tỉ số giữa mômen và trường Tuy

nhiên, các chi tiết điểu không quan trọng đối với hoá học Điều quan trọng đối với chúng ta là các phép đo từ cho phép tìm ra sự phụ thuộc giữa các phổ và các đặc

trưng của electron.

Đặc điểm của số lượng tử thứ tự s này là nó chỉ có khả năng nhận hai giá trị +1/2

và —1/2 Còn nếu cho rằng spin electron là hệ quả của tính chất hạt của nó thì cách

giải thích trực quan đối với số này cũng được suy ra từ các quan điểm ấy Theo cơ

học cổ điển, electron là quả cầu nhỏ có điện tích âm Nó có thể quay xung quanh

trục riêng hoặc là về phía này (ví dụ như theo chiéu kim đồng hồ) hoặc là vé phía

ngược Như vậy, tuỳ thuộc vào phương quay (hình 11) mà người ta gan cho nó, có

phương trình với phương vectơ.

Spin electron được được phản ánh như thế nào

trong phổ của nguyên tử hoặc phân tử?

Nếu các electron có ba số lượng tử n, 1, m, như

nhau, thì chúng nằm trên một obitan này nguyên =

tử Nếu có hai electron trên obitan này va các spin

của chúng có những giá trị ngược nhau (m= +1/2 male m=-%

và m= -1/2) thì các momen từ của chúng có

phương đối nhau và cẩn phải bổ chính lẫn nhau nh 11: Biểu diễn

Tuy nhiên electron mà ta không thể đối lập với trực quan số hượng tự

electron có spin trái dấu khác lại góp phẩn vào ừspin như là sự quay

aoe en tian tenets Pan TM clin electron xung we j i _ quanh trục riêng (con

Không nên hiểu đúng nguyên văn bản cách giải sv)

thích trên bởi vì nó chẳng những không phù hợp

với các quan niệm cơ học lượng tử mà còn không thể tính toán định lượng chặt chẽ.

Nó chỉ có ích đối với su mô tả định tính Nếu hoàn toàn tuân theo cơ học sóng, thì

hoàn toàn không nhất thiết phải cho rằng trong thực tế electron có chịu một chuyểnđộng quay vật lý Người ta chỉ có ý gán cho electron một bậc tự do phụ có khả năngnhận một trong hai giá trị có thể Nhờ đó mà các obitan nguyên tử có n, | mà mạ như

nhau đều chứa mô(¡ obitan hai electron có nang lượng như nhau

Trang 23

Ludn vên tối nghưệp Cấu tạo phân tử và mau sắc

VI Các obitan electron trong nguyên tử

Hoá học quan tâm trước tiên đến trạng thái của electron trong nguyên tử Những

quan niêm về hạt nhân chủ yếu là những điểm nói về điện tích và khối lượng của

nó mặc dù để mô tả hat nhân nguyên tử một cách tỉ mỉ hơn cũng cẩn đến các

nguyên lý của thuyết lượng tử Ranh giới rõ rệt của hat nhân nguyên tử là không có.

Nghiên cứu hiện tượng tấn xạ của các hạt chuyển động nhanh, tích điện cho thấy

rằng đối với tuyết đai đa số các hạt nhân, ta có thể xem nó có dạng hình cầu bán

kính r=1,1,10 em (100.000 lần bé hơn bán kính các ngyên tử ~ 10°).

Bán kính 10''cm bằng khoảng cách từ tâm hạt nhân đến điểm có mật độ đã

giảm xuống hai lần so với mật độ ở tâm

Khối lượng của tất cả các hạt nhân được xem là những số nguyên, còn điện tích thì bằng số proton và số này trùng với số thứ tự của nguyên tố Ngoài các proton,

trong hạt nhân còn có các notron gấn lién từng cặp với các proton thành một hạt

thống nhất (p+n)=nuclon Hạt nhân tích điện đương tao ra một trường điện từ khá lớn

và trong đó dién ra chuyển động của các electron Dễ hiểu là điện tích hạt nhân

càng lớn thì tương tác của các electron với nó càng mạnh.

Tuy nhiên khi electron có nhiều thì điện tích hat nhân bị chấn khỏi các electron

nằm ở các obitan xa bởi các electron nim ở gắn hat nhân hơn Màn chấn ấy tác

dụng hữu hiệu đến mức nào là tuỳ thuộc vào số electron bên trong cũng như vào

tính chất của bản thân obitan nguyên tử mà electron nằm trên đó.

Để xét các trạng thái electron, người ta thường dùng các quan niệm của phép gan

đúng một electron Và mặc dù đây không phải là thành tựu mới nhất của thuyết trên

cơ sở nghiên cứu các phổ

nguyên tử và phân tử, nó cũng Lope ease —1Ø1(!@e)

hoàn toàn di để giải thích đa | ke ————//“94

~———#®

số các luận điểm về cấu hình - ¬

electron của nguyên tử —————— -—

' ————

Thuật ngữ cấu hình chỉ sự cÈ(86)` L/

i

phân bố của các electron theo —— ——— -;

các obitan khác nhau Cơ sở |

phép gần đúng một electron là : ope (he) “— 2p (60)

hai giả thiết: bị a te (20)

1 Các electron trong nguyên š Ù

tử có nhiều electron cẩn '

phải được phân bố thành | ; h

một hệ thống các obitan có = -— cv“

hình dạng như các obitan Hình 12: Sơ đồ mức năng lượng

của nguyên tử hidro Nói môt - trong nguyên tử: các obitan thâm

nhập lẫn nhau

Trang 24

Luda von tôi ngập Cấu tạo phân tử và màu sắc

cách khác, các hàm sóng thu được bằng cách giải phương trình sóng đối với

nguyên tử hidro, với các giá trị khác nhau của các số lượng tử cũng được giữ

nguyên với cả các nguyên tử khác.

Khi cho rằng bất kỳ nguyên tử nào cũng có một tổ hợp các obitan tương ứng với

các obitan hidro tức thưc tế giả thiết rằng mỗi electron riêng biệt chuyển đông

trong trường trung bình, đối xứng cẩn được tạo nên bởi hat nhân và tất cả các

electron khác.

Tuu chung hai giả thiết này là người ta chấp nhận rằng các electron của nhữngngyên tử "lớn” chiếm những obitan nguyên tử tương tự như các obitan của hidro,

nhưng với diéu kiện là năng lượng của các obitan này có thể khác và khác rất nhiều

với năng lượng ứng với trường hợp đơn giản nhất Những dữ kiện thu được từ các

phổ nguyên tử, cũng như những kết quả đo trực tiếp năng lượng ion hoá dùng để đẩyelectron khỏi obitan cho thấy rằng thứ tự tương đối của các trạng thái nang lượng

thay đổi tuỳ theo điện tích của hat nhân nguyên tử Thứ tự ấy có thể biểu diễn dưới

dạng sơ đồ các mức năng lượng (hình 12)

VH Electron dự trữ năng lượng

Ta hãy xét một số quy luật hấp thụ bức xạ ánh sáng bởi các nguyên tử hay phân

tử Thuyết cơ học lương tử đã xác định rằng những hạt này có thể nhận hay cho năng

lượng theo từng phẩn riêng biệt, những lượng tử.Trong quang học và trong hoá học

các chất có mau, năng lượng mà các lượng tử ánh sáng có tương ứng với các bước

chuyển electron Do các bước chuyển ấy, trạng thái năng lượng của các nguyên tử

và phân tử có thể nhận một dãy hoàn toàn xác định các giá trị riêng biệt

Ta hãy xét một hợp chất hoá học bất kỳ bao gồm một số nguyên tử Chúng ta lấyphân tử của chất khí màu vàng lục nhạt, khí clo, làm ví dụ phân tử này gồm có hai

nguyên tử chứa hai hạt nhân và 34c Liên kết cộng hoá trị giữ hai nguyên tử được

thực hiện bởi hai electron: electron ngoài cùng của mỗi nguyên tử clo trên obitan 3p

Nếu sấp xếp các electron bên ngoài theo năng lượng, thì chính hai electron này cónăng lượng lớn nhất

Thông thường năng lượng của các phân tử được biểu diễn bằng các giản đổ các mức

Luộn van tốt ngập Cấu tạo phân tử và màu sắc

Cáp electron ở mức s, giống nhau về tất cả các đặc trưng lượng tử, trừ một đặc

trưng là spin, nghĩa là chúng quay xung quanh các trục riêng theo những phương đốinhau (chúng ta nhớ lại rằng spin electron chỉ có thể nhận hai giá trị +1/2 và -1/2).

Ở trạng thái s, spin tổng công bằng 0 (bởi vì (+1/2)+(-1/2)=0) Trang thái như vậy

được biểu thị bằng thuật ngữ “Singlet” khi kích thích electron chuyển sang trang

thái khác, còn spin của nó không thay đổi, thì spin tổng cộng ở trạng thái kích thích

cũng bằng không (trạng thái kích thích singlet s” )

Tuy nhiên, có thể có trường hợp là khi kích thích electron chuyển sang trạng thái khác và thay đổi giá trị spin của nó và khi đó các spin của các electron nằm ở trạng thái cơ bản và kích thích song song nhau và spin tổng cộng sẽ bằng đơn vị:

(+1/2)4(+1/2)=1; (-1/2)+(-1/2)=-1 Trạng thái như vậy được gọi là triplet Nó bén

vững hơn so với trạng thái singlet và thời gian các phân tử ndm ở trạng thái đó là

10° đến một vài giây.

Trạng thái triplet có năng lượng bé hơn so với trạng thái kích thích singlet (hình 13)

§ is fe =

Hinh 13: Sy Hình 14: Sự chuyển

chuyển electron electron từ mức singlet sang

khỏi trạng thái mức triplet thường kèm

ban đầu (a) và tạo theo những hiệu ứng sắc

ra trạng thái (lân quang, phát quang,

singlet (b) và trạng huỳnh quang)

Sau một thời gian electron bắt đầu cho năng lượng và tự chuyển từ mức kích

thích singlet sang mức triplet (hình 14), điểu này kèm theo sự thay đổi mau của chất

và các hiện tượng ánh sáng khác mà đôi khi rất sặc sở: huỳnh quang, lân quang, phát

quang Chính những quá trình này quyết định sự phát sáng của các chất khác nhautrong tối

Chúng ta thường gap những bức tranh vẽ bằng những màu mà chỉ can để chúng

một ít dưới ánh nắng hay ánh sáng điện thì chúng bắt đầu phát sáng Đó là các

Trang 26

Luộn von tốt ngập Cấu tạo phân tử và màu sắc

clectron trong các phân tử của những chất phát lân quang, sau khi dự trữ năng lượng

lấy từ các tia sáng, bất đầu phát lân quang ra bóng tối

Phân tử có thể nằm trong một thời gian rất ngắn ở trạng thái kích thích singlet,

khoảng 10° ~ 10”s Trong thời gian này nó có thể bức xạ một lượng tử ánh sáng,

chính diéu này đã gây ra hiện tượng quỳnh quang phân tử có thể tiêu phí năng lượng

kích thích mà không gây bức xạ, khi đó sẽ xảy ra sự tăng năng lượng đao động của

bản thân phân tử và của phân tử môi trường Có thể có sự chuyển phân tử sang trạng thái triplet kèm theo sự bức xạ hay không bức xạ Ngoài ra phân tử có thể mất năng

lượng kích thích khi va chạm với các phân tử khác các phântử đập tắt Và cuối cùng,phân tử kích thích có thể tham gia vào phản ứng quang hoá Quá trình sẻ diễn ratheo cách nào trong số những cách này? Diéu đó phan lớn phụ thhuộc vào tương

quan các hằng số tốc độ của các phản ứng tương ứng và các điều kiện tiến hành các

quá trình quang hóa.

Như vậy là lượng tử ánh sáng tác động lên các electron của phân tử, chuyển

chúng sang trạng thái khác Nếu electron “nhạy cảm” với một loại tia sáng xác địnhnào đó trong tòan bộ phổ trong thấy thì chúng ta nhìn thấy màu của chất Chẳng hạn,

electron liên kết các nguyên tử trong phân tử clo nhạy cảm với miền vàng lục nhạt

của phổ, trong khi natri nguyên tử, các electron nhạy cảm với mién đỏ

Khi năng lượng của lượng tử đủ lớn, thì có thể tương tác mạnh hơn của photon và

electron Trong trường hợp như vậy, electron chuyển sang mức năng lượng cao hơn

và một thời gian phát ra năng lượng đã dự trữ Đây thực chất là sự lân quang và

hùynh quang mà chúng ta đã xét trước đó.

Sóng do electron phát ra thường có bước sóng khác hơn Vì vậy mà kẽm sunfua

(ZnS) màu xám hay trắng hóa ra màu lam, da cam hay cham và phát sáng trongbóng tối

Các phân tử có electron kích thích thực chất là những phân tử mới, có cách phân

bố riêng mật độ electron, có cấu trúc và tính chất hóa học riêng Sự có dư năng

lượng làm cho phân tử kích thích hoạt động hóa học hơn so với phân tử ban đầu Như vậy chất có thể có màu chẳng những dưới tác dụng của ánh sáng trông thấy mà còn

cả khi tương tac với dao động điên từ trong một dải rộng hơn.

Trang 21

Luộn vốn tốt nghiệp Cấu tạo phân tử và màu sắc

tất cả các dạng bức xạ đó không gì khác hơn là dao động sóng của cường độ điện

trường và cường độ từ trường.

Vi dụ, một bức xạ hướng theo một trục z nào đó (hình 15) chính là được tạo bởi

một điện trường và một từ trường mà vectơ cường độ của chúng vuông góc với nhau

và vuông góc với trục z đồng thời dao động tuần hoàn theo thời gian và lan truyềntheo phương z Để đơn giản trên hình 15 miêu tả một bức xạ phân cực phẳng, nghĩa

là một bức xạ mà vectơ hợp phẩn điện trường chỉ nằm trên mặt phẳng (mặt phẳng xz) Cường độ điện trường và cả cường độ từ trường đều dao động theo kiểu chuyển

động hình sin đọc theo trục z với vận tốc ánh sáng c (c = 3.10'' cm/s) Như vậy, bức

xạ có bản chất là sóng điện từ Anh sáng thường, tia hồng ngoại, tia tử ngoại đều

là dạng khác nhau của bức xạ điện từ chúng chỉ khác về độ dài sóng (bước sóng) Ví

dụ bức xạ có độ dai sóng cỡ 10? — 10 cm được gọi là bức xạ hồng ngoại, còn ánh

sáng nhìn thấy (ánh sáng khả kiến) chính là bức xạ có độ dài sóng 396 - 760nm

_—>——3

Hình 15: Hợp phần điện (mặt phẳng xz) và hợp phần từ (mặt phẳng yz) của một bức xạ phân cực phẳng

Sau thuyết sóng, thuyết hạt cho thấy bức xạ gồm các “hạt năng lượng” gọi là

photon chuyển chuyển động với tốc độ ánh sáng Các dạng bức xạ khác nhau thì

khác nhau vé năng lượng hv của các hat photon Ở đây, năng lượng của bức xa đã

được lượng tử hóa, nghĩa là năng lượng của bức xạ không phải là liên tục, mà gồm

Trang 28

Luộn vên tốt nghiệp Cấu tạo phân tử và màu sắc

bởi các lượng tử năng lượng nhỏ bé tỉ lệ với tần số v của đao đông điện từ theo hệ

2 Các đại lượng đo bức xạ điện từ

Bức xạ điện từ được đặc trưng bằng các địa lượng đo khác nhau như bước sóng.

tin số, số sóng và năng lượng Tùy theo các vùng phổ khác nhau và tùy theo thói

quen, người ta có thể dùng một trong các đại lượng kể trên ở hệ đơn vị này hoặc hệ

đơn vị khác Vì thế cẩn phải nấm vững các đại lượng đo khác nhau và biết mối liên

hệ và cách chuyển đổi giữa chúng

* Độ dai sóng (bước sóng) 2 là quảng đường mà bức xa đi được sau mỗi đao

động đẩy đủ (hình 15)

Để biểu diễn độ dài sóng, ở vùng sóng radio người ta quen dùng m, cm; ở vùng hồng

ngoại dùng micromet (uum); ở vùng tử ngoại dùng nanomet (nm); ở vùng rơnghen

dùng angstron (A°)

Sự liên hệ giữa các đơn vị đó: lem = 10°A® = 10’nm = 10°um

% Tần số v là số dao động trong một đơn vị thời gian (giây) Trong 1 giây bức xa đi

được c cm và bước sóng là A cm vậy: v.À =c hay v =c/A

Bức xạ truyền đi trong chân không với vận tốc c = 3.10'°cm/s.

+ Số sóng ø :Để có những số đo nhỏ hơn số do tin số và để tránh sai số do giá trị

chấp nhận cho c, người ta dùng số sóng D Số sóng là số dao động trong một đơn vị

dộ dai (Icm) Số sóng liên hệ với bước sóng và tin số bằng hệ thức:

B < I = v

Ae

Số sóng có thứ nguyên là cm”, theo danh pháp IUPAC được gọi là kaize (kaiser,

viết tắt là K) 1000cm ` = 1000K = IkK (kilo kaize).

Năng lượng của bức xạ: theo Planck, năng lượng của bức xạ không phải là liên

tục Các dao động tử (phân tử chẳng hạn) chỉ có thé phát ra hoặc hấp thụ năng lượngtừng đơn vị gián đoạn, từng lượng nhỏ nguyên vẹn gọi là lượng tử năng lượng Độ

lớn của lượng tử năng lượng không phảimlà cố định mà phụ thuộc vào tấn số củađao động tử theo hệ thức Pianck

he

Ezhv= - =hed

Chẳng han, bức xa với Ø = Icm” có năng lương là :

E = 6,626,107’ erg.s.3.10'°ems' Jem’! = 1,986.10" erg = 1,986.10?3 J

Việc chuyển đổi giữa các đơn vi năng lượng được thực hiện :

Trang 29

Luge won tốt ngập Cấu tạo phân tử và màu sắc

lerg = 10 ”J = 2.3884.10Ÿcal = 0,6241.10" eV

(J = Joule , cal =calo, eV = electron vol)

Vi phân tử hấp thụ từng lượng tử nâng llượng cho nên sự biến thiên năng lượng

của nó được tính tượng tự như:

AE =hu= : shed

Chẳng hạn, khi phân tử hấp thụ bức xạ héng ngoại với V= 1000 em Ì

AE =6,626.10”*1.s.3.10'em.s !.1000cm ` = 1,986.10J/phân tử

để tính cho những số Mol các chất, người ta áp dụng các hệ thức sau:

lcm’ =I,986 10 ?*J/phân tử =2,858 cal/mol

Toàn bộ dải sóng đó chia thành các vùng phổ khác nhau (hình 10) Mắt người chỉ

cảm nhận được một vùng phổ điện từ rất nhỏ đó là vùng nhìn thấy (khả kiến) bao

gdm các bức xạ có bước sóng từ 396 - 760 nm Hai vùng phổ tiếp giáp với vùng nhìn thấy là vùng hổng ngoại và vùng tử ngoại Hình 10 biểu điễn mối tương quan giữa

các bức xạ (các vùng phổ) với bước sóng, số sóng và năng lượng của chúng

Năng lượng của các bức xạ giảm theo trật tự sau:

Tia rơnghen > bức xạ tử ngoại > bức xạ khả kiến > bức xạ hồng ngoại > sóng ngắn

(vi sóng) > sóng radio.

10° 10 102 107 107 10° 10% 10° 16% 107 10% A.

107 10" 1 10 10° 10° 10° 10° 10° go? 10° 3 cá!

Ning longing —=—=SOS=~S:

Hình 16: Sự phân bố các dang bức xa theo bước sóng và số

Trang 30

Luộn won tốt ngập Cấu tạo phân tử và màu sắc

Hình 16 cho thấy mỗi dạng bức xạ (như hồng ngoại, tử ngoại )bao gồm tử

những bức xạ có bước sóng khác nhau biến đổi trong một vùng nào đó của phổ điện

từ Đó là các bức xạ đa sắc Chẳng hạn bức xạ khả kiến (ánh sáng nhìn thấy) bao

gồm các tia: đỏ (A: 739 -610 nm), da cam (2: 610 - 590 nm), vàng (2: 590 — 560nm),

lục (A: 560 $10nm), lam (4: 510 490nm), cham (A: 490 430nm) và tím (A: 430

-400nm) “bay sắc cầu vồng" Mỗi “sắc” trong bảy sắc trên cũng chưa phải là bức xa đơn sắc Trong vùng phổ này người ta tách được những bức xa với bước sóng chỉ sai

khác nhau cỡ 1- 0,1nm Ở các vùng phổ khác nhau, nhơ dụng cụ thích hợp như lăng

kính, cách tử từ những bức xa có cùng bước sóng gọi là bức xạ đơn sắc

Theo thuyết hạt, bức xạ đơn sắc là chỉ gồm một loại photon có năng lượng nhưnhau, còn bức xa đa sắc thì bao gồm từ các loại photon có nang lượng khác nhau

H Tương tác giữa bức xạ và phân tử

Khi bức xa chiếu vào các phân tử, nó có thể bị khuếch tán hoặc bi hấp thụ bởi các phân tử Sự khuếch tán không làm thay đổi tin số của bức xạ là sự khuếch tán

thường, còn sự khuếch tán làm thay đổi tắn số của bức xạ được gọi là khuếch tán tổ hợp.Điều chúng ta quan tâm đến là sự hấp thụ bức xa bởi vì việc ghi phổ phân tửchính là ghi lại sự hấp thụ bức xạ bởi phân tử.

1 Sự thay đổi trạng thái năng lượng của phân tử khi hấp thụ bức xạ Trong lĩnh vực quang phổ, khi xác định trạng thái năng lượng của phân tử, cẩn phải kể tới ba số hạng.

+ Năng lượng electron: phụ thuộc vào sự phân bố electron Biến thiên của số hang

này gắn lién với sự chuyển đời electron từ obitan phân tử này đến obitan phân tử khác, chẳng hạn từ obitan bị chiếm cao nhất lên obitan không bị chiếm thấp nhất.

% Năng lượng dao động: đặc trưng cho sự dao động của các hạt nhân nguyên tử

xung quanh vị trí cân bằng của chúng trong phân tử

% Năng lượng quay: liên quan đến sự quay của phân tử xung quanh những trục nào

đó của phân tử.

Cả ba dang năng lượng kể trên déu được lượng tử hóa nghĩa là chỉ có thể biến

thiên một cách gián đoạn Trong sự gin đúng bậc nhất (cũng đủ thỏa mãn) người ta

thường coi năng lượng của phân tử là tổng của năng lượng electron (Eq), năng lượng

dao động (Ess) và năng lượng quay (E,,), tức là xem ba dạng năng lượng trên như

những số hang độc lập

E= Ea + Ey + Eq,

Công thức này chỉ là gắn đúng bởi vì ba dạng chuyển động ứng với ba dạng năng lượng trên không độc lập nhau mà có tương tác với nhau Chẳng hạn, khi phân tửquay nhanh, do ảnh hưởng của lực li tâm, các nguyên tử phải din xa nhau hơn, nhưthế phải làm thay đổi những đặc trưng của chuyển động dao động Tuy nhiên để đơn

Trang 31

Luộn vn tối nghiệp Cấu tạo phân tử và màu sắc

giãn người ta vẫn sử dung công thức nói trên Khi đó có thể biểu diễn sư biến thiên

năng lượng của phân tử như là tổng của các biến thiên của mỗi dạng năng lượng

AE = AE at AE sạ+ AE ay

Tan số của những lượng tử năng lượng phat ra hay hấp thu khi có những biến

thiên năng lương đó luôn luôn tính theo diéu kiện tắn số của Bohr: AE = hv

Biến thiên của năng lương electron luôn luôn lớn hơn so với biến thiên của năng

lượng dao động (khoảng 10 đến 100 lan) Biến thiên năng lượng dao động lại còn

lớn hơn của nang lượng quay rất nhiều (khoảng 100 - 1000 lần)

AE a> AE ¿4> AE gyTrên hình 17 dẫn ra sơ dé phân bố các mức năng lượng của phân tử hai nguyên

tử: các mức năng lượng quay (ký hiệu J,, J¡, Jz ) ở rất xít nhau, các mức năng lượng

dao động (ky hiệu v,, vị, vạ ) 6 xa nhau hơn còn các trạng năng lượng electron thì

phân bố xa nhau hơn nữa Mỗi trang thái electron (cơ bản hoặc kích thích) bao gồm một số trạng thái dao động khác nhau đến lượt nó, mỗi trang thái đao động lại bao

Hình 17: Các trạng thái năng lượng của phân tử hai nguyên

gồm một số trạng thái quay khác nhau Vì thế những chuyển mức electron thường kèm theo sự biến thiên năng lượng dao động và năng lượng quay, chẳng hạn các chuyển mức được chỉ bởi các mũi tên a và b trên hình 17.

Đối với phân tử nhiều nguyên tử sẽ có nhiều chuyển mức năng lượng khác nhau

mà mỗi loại chuyển mức cũng có thể được biểu diễn bằng sơ 46 tương tự như hình

17

O nhiệt độ không tuyệt đối, lớp vỏ electron của phân tử không bị kích thích, sựquay của phân tử cũng không xảy ra, nhưng phân tử vẫn có một năng lượng nào đó

gọi là năng lượng dao động ở điểm không (“năng lượng không”) khi làm tăng dan dự

trữ năng lượng nhiệt của phân tử đến giá trị 0,03 - 0,3 kcal/mol, phân tử chuyển sang

Trang 32

Luộn von tốt ngập Cấu tạo phân tử và màu sắc

những trạng thái quay bị kích thích nhưng trang thai dao đông và trạng thai clectron

vẫn không đổi

Khi năng lượng chuyển động, nhiệt tang lên tới 0,3 - 12kcal/mol, trạng thái

electron của phân tử cũng chưa bị kích thích nhưng trang thái dao động bat dau bị

kích thích Những photon tương ứng với biến thiên năng lượng dao đông có bước

sóng vào cỡ 2,5 - 100 (số sóng 4000 ~ 100 em’') tức là ứng với các bức hồng ngoại.

Ở nhiệt độ thường, năng lượng chuyển động nhiệt của phân tử vào khoảng

0,6kcal⁄mol Trong điều kiện này, đối với đa số phân tử trạng thái dao đông chưa bị

kích thích, mới chỉ có trạng thái quay bị kích thích Chỉ ở những phân tử có chứa

những nguyên tử nặng và do đó có tin số đao động thấp thì trạng thái đao động mới

bị kích thích ở nhiệt độ thường.

Muốn kích thích electron cẩn phải có nang lượng lớn hơn nhiéu, vào khoảng

hàng chục đến hàng trăm kcal/mol Năng lượng đó ứng với các bức xạ thuộc vùng khả kiến hoặc tử ngoại.

Các bức xạ có năng lượng thấp như sóng cực ngắn hoặc hồng ngoại xa chỉ đủ làm

thay đổi trạng thái quay của phân tử Do đó khi nghiên cứu sự hấp thụ bức xạ trong

vùng vi sóng hoặc vùng hồng ngoại xa ta sẽ thu được phổ quay thuần túy Phổ quaythuần túy gồm các vạch rất khít gần nhau và cách đều nhau mỗi vạch có tin số

Vì AEg>>ZAE gy nên cùng với biến thiên năng lượng dao động luôn luôn có biến

thiên năng lượng quay Vì thế ta không thu được phổ dao động thuần túy mà thu được phổ dao động quay, thường vẫn được gọi đơn giản là phổ dao động hoặc phổ

hổng ngoại Do kết quả chồng chất những lượng tử quay lên những lượng tử dao động ở phổ hồng ngoại ta không thu được các vạch mảnh như ở phổ quay, mà chi

thu được các đầm vạch với tan số v = vag + Vay

Cuối cùng, nếu phân tử hấp thụ các bức xạ có năng lượng lớn hơn như bức xạ

khả kiến hoặc bức xạ tử ngoại thì năng lượng electron của chúng bị thay đổi Nếu

chỉ có trạng thái electron thay đổi thì vạch hấp thụ tương ứng sẽ có tin số

Vo = DE thTuy nhiên, déng thời với sự thay đổi trạng thái electron luôn luôn có cả sự thay đổi

trạng thái đao động và trạng thái quay nên ta không thu được các vạch với tin số vy

mà thu được các đám vạch với tan số v = Veg + Vas + Vey

Trang 33

Luộn won tốt ngập Cấu tạo phân tử và màu sắc

Phổ thu được trong trường hợp này được gọi là phổ hấp thụ electron, hoặc gon

hơn, là phổ electron, Vì phổ electron thể hiện ở vùng tử ngoại - khả kiến nên cũng

được gọi là phổ tử ngoại - khả kiến

2 Quy tắc chọn lọc và cường độ hấp thụ Phân tử không thể hấp thụ bức xạ một cách hỗn loạn, mà chỉ hấp thụ những bức

xạ tương ứng chính xác với biến thiên giữa các mức năng lượng của chúng Ngoài ra,

để phân tử hấp thụ năng lượng khi tương tác với hợp phần điện của bức xạ điện canphải có một điểu kiện nữa là sự chuyển mức năng lượng trong phân tử nhất thiết

phải kèm theosự thay đổi của các trung tâm điện tích trong phân tử, tức là thay đổi

sự phân bố điện tích trong phân tử Theo quy tắc chọn lọc này, những phân tử đối

xứng vé mặt phân bố điện tích như Hạ, N; không có phổ quay và phổ dao động,

bởi vì sự quay và sự đao động của chúng không hé làm xuất hiện mọt sự bất đối

xứng về điện Quy tắc chọn lọc nêu trên là quy tắc chung trong quang phổ hấp thụ,ngoài ra ở mỗi vùng còn có những quy tắc chọn lọc riêng sẽ được xem xét Cụ thểtrong phần phổ khả kiến

Đối với các phân tử nhiều nguyên tử, việc xét đoán một chuyển mức nào đó

(chẳng hạn một dao động nào đó) có đáp ứng quy tắc chọn lọc trên hay không cần

phải xem xét cụ thể tính đối xứng của phân tử.

Những chuyển mức năng lượng phù hợp với quy tắc chọn lọc là những chuyển

mức được phép, ngược lại những chuyển mức không đáp ứng quy tắc chọn lọc là

những chuyển mức bị cấm Tuy nhiên vì quy tắc chọn lọc được thiết lập từ những môhình đơn giản, cho nên có những chuyển mức bị cấm cũng có thể xảy ra theo những

cơ chế chưa được lường trước trong mô hình đơn giản Vì thế người ta thường nói tới

xác suất chuyển Những chuyển mức được phép thì có xác suất lớn và đặc trưng bởicường độ hấp thụ nhỏ.

Theo thuyết sóng, cường độ hấp thụ của bức xạ tỉ lệ với biên độ sóng Khi bức xạ

truyền qua môi trường không trong suốt, nó bị hấp thụ một phần, biên độ sóng bịgiảm đi, ta nói cường độ của bức xạ giảm (hình 18)

Hình 18: Hấp thụ làm giảm cường độ sóng

nhưng bước sóng không thay đổi

Chú ý là chỉ có biên độ của sóng giảm đi còn bước sóng vẫn không thay đổi.

Trang 34

Luda vên tốt ngập Cấu tạo phân tử và màu sắc

Khai niêm về cường độ của bức xạ không có liên quan gì đến năng lượng của nó.

Năng lượng bức xạ chỉ phu thuộc tin số, nó được xác định bởi tích số hv và được

xem như năng lượng của các hạt photon riêng biệt hợp thành bức xạ đó.

Theo thuyết hạt, cường độ của bức xạ được xác định bởi số hạt photon Chùm tia

bức xạ mạnh (cường 46 lớn) thì ứng với dòng photon day đặc Khi bức xa đi qua chất

hấp thụ thì một số nào đó trong hat photon bị giữ lai, mật đô dòng photon sẽ giảm đi,

tia đi qua sẽ có cường độ nhỏ đi

Để đo cường độ hấp thụ, người ta thường so sánh cường độ của tia bức xạ trước

và sau khi đi qua chất hấp thụ (L, và I hình 18)

% hấp thụ = f=! 199 D6 truyén qua T= Fa % truyén qua =

o ụ 9

Đối với một bức xa đã cho, chất được gọi là chất hấp thụ mạnh (cường độ hấp

thu lớn) khi % hấp thụ có giá trị lớn độ truyền qua hoặc % truyền qua có giá trị nhỏ

k: hệ số tỉ lệ phụ thuộc vào chất hấp thụ và tan số bức xa

n: số mol chất nghiên cứu đặt trên đường đi của bức xạ

Để dùng logarit thập phân, người ta thay hệ số tỉ lệ k bằng hệ số tỉ lệ mới làc

Theo định luật, khi hấp thụ tia đơn sắc đối với dung dịch chất đã cho mật độ quang(độ hấp thụ) phụ thuộc bậc nhất vào nống độ chất hấp thụ

4 Sự hấp thụ bức xạ và màu sắc của chất

Anh sáng nhìn thấy bao gồm dải bức xạ có bước sóng từ 760 đến 396nm (nói tròn

từ 800 đến 400nm) vẫn được gọi là ánh sáng trắng Khi cho ánh sáng trắng, vi dụánh sáng Mặt Trời chiếu qua một lăng kính, nó sẽ bị phân tích thành một số tia (đỏ,

da cam, vâng, luc, lam, cham, tím) Mỗi tia màu 46 ứng với một khoảng bước sónghẹp hơn (xem bing 1)

Trang 35

Luộn wan tốt ngập Cấu tạo phân tử và màu sắc

Bang | Quan hệ giữ tia bị hấp thụ và màu của chất hấp thụ

Tia hấp thy Màu của chất hấp thụ

À.nm - mau của tia còn lại)

400 - 430 Vàng lục

430 - 490 Vàng da cam

490 — 510 Đỏ

Cảm giác màu sắc là một quá trình sinh lý và tâm lý phức tạp khi bức xạ trong

vùng khả kiến chiếu vào võng mac của mất Một tia mau với một khoảng bước sóng

xác định, chẳng hạn bức xạ với bước sóng 400 - 430nm gây cho ta cảm giác màu lục

vàng.

Nếu ánh sáng chiếu vào một chất nào đó mà bị khuếch tán hoàn toàn hoặc đi

qua hoàn toàn thì đối với mắt ta chất đó có mau trắng hoặc không màu.

Ví dụ thủy tinh thường hấp thu các bức xạ với bước sóng nhỏ hơn 360nm, nó trong

suốt với các bức xạ khả kiến Thủy tỉnh thạch anh hấp thụ bức xạ với bước sóng nhỏ

hơn 160nm, nó trong suốt đối với bức xạ khả kiến và cả bức xa tử ngoại gắn

Nếu một chất hấp thụ hoàn toàn tất cả các tia của ánh sáng trắng thì ta thấy chất

đó có mầu đen.

Nếu sự hấp thụ chỉ xảy ra ở trong một khoảng nào đó của vùng khả kiến thì các

bức xạ ở khoảng còn lại khi đến mắt ta sẽ gây nên cảm giác về một màu nào đó.

Chẳng hạn một chất hấp thụ tia màu đỏ (A = 730 —610nm) thì ánh sáng còn lại gâycho ta cảm giác mau lục (ta thấy chất đó mau lục) Ngược lại nếu chất đó hấp thụ tia

mau lục thì đối với mất ta sẽ có tia màu đỏ Người ta gọi màu đỏ và mau lục là hai

mau phụ nhau Trộn hai tia màu phụ nhau lại ta sẽ có mau trắng

Quan hệ giữa màu của tia bị hấp thụ và mau của chất hấp thụ (các màu phụ của

nhau) được chỉ ra ở bang |

Cần lưu ý rằng giữa các tia mau cạnh nhau không có mộ ranh giới thật rd rệt, mặtkhác việc phân chia ánh sáng trắng thành 7, 8 hay 9 tia màu còn tùy thuộc vào

lăng kính và vào sự tỉnh tế của mắt người quan sát

Một chất có màu ví dụ tia mầu đỏ là đo nó đã hấp thụ chọn lọc trong vùng khả

kiến theo một trong các kiểu sau:

Chất đó hấp thu tia phụ của tia mau đỏ (tức là hấp thu tia mau luc)

Chất đó hấp thụ tất cả các tia trừ tia mau đỏ

Trang 36

Luge vốn tốt ngập Cấu tạo phân tử và mau sắc

Chất đó hấp thu ở hai vùng khác nhau của ánh sáng trắng sao cho các tia còn lai cho

mất ta cảm giác màu đỏ.

Trang 37

Luộn vên tốt ngập Cấu tạo phân tử và màu sắc

CHUGHG IY

SU NHIN THAY MAU

I Cấu tao và hoạt động của mắt

Hình 19: Cấu tạo mắt người

Hình 19 giới thiệu cấu tạo của mất người Anh sáng chiếu vào mắt qua con

ngươi, đó là một lỗ nhỏ ở lớp vỏ hình cầu Trên đường đi ánh sáng gặp thấu kính

mất- thủy tinh thể- qua thủy tinh thể ánh sáng hội tụ trên bể mặt nhạy cắm phía

trong mất là võng mạc

Nếu thủy tỉnh thể có hình đáng không đổi thì ánh sáng từ các điểm của vật, cách

mất những khoảng cách khác nhau sẽ hội tụ ở những điểm khác nhau trong mắt, có

những điểm đứng trước hoặc đứng sau võng mạc Như vậy, hình những điểm của vật trên võng mạc sẽ phân tán, không rd nét và chúng ta không thể phân biệt được

bào nhạy cảm rất nhỏ nằm sát nhau Cấu tạo của những tế bào này và sự hoạt động

của chúng giải thích cơ chế của sự nhận biết ánh sáng trong đó cả cơ chế sự nhìn

thấy màu

Mỗi tế bào hoặc một nhóm nhỏ tế bào liên kết với dây thần kinh một cách riêng

rễ và có thể được xem như những đầu dây thắn kinh mất Đầu kia của dây thắn kinh

Trang 38