人们对光和颜色的认识,始于牛顿的色散实验。牛顿的色散实验证明了太阳光是由红橙黄绿蓝靛紫七色光组成。同时,也揭开了物质的颜色之谜。
因为光具有波粒二相性(粒子的特性与问题无关,就不讨论了),在太阳光光谱中,不同颜色的光,其波长不同,频率是逐渐增大的,波长是逐渐减小的、
如果某两种相对应颜色的光按一定比例混合,可以成为白光,那么这两种色光就称为互补色光。当两个色光混合成白色光时,则将这两个色光的主波长定义为互补波长,在自然界中,每一种颜色的光都有其主波长,基本上可以找到与之相应的互补波长和补色。如红对青,橙对青蓝,黄对蓝,绿对紫。
何谓复合光、单色光、可见光。复合光:由不同单色光组成的光;可见光:人的眼睛所能感觉到的波长范围为400-750 nm的光; 单色光:处于某一波长的光。将两种合适颜色的光按照一定的强度比例混合,若形成白光,则称为互补色光。白光是一种特殊的复合光,它可以由七种不同颜色的光按一定的强度比例混合而成,也可以二种互补色光复合得到。
物质的颜色决定于物质对有色光的吸收情况。这里面有一个重要定律叫朗伯---比尔定律,又称为光吸收定律。当一束单色光垂直通过某一均匀非散射的吸光物质时,其吸光度A与吸光物质的浓度c及吸收层厚度b成正比。如下图
摩尔吸光系数K的意义:当吸光物质的浓度为1mol/L和吸收层厚度为1cm时,吸光物质对某波长光的吸光度。K值大小受入射光的波长、吸光物质的性质、溶剂、温度、溶液的组成等因素的影响。即物质对光的吸收情况与光的波长、吸光物质的性质、溶剂的种类、温度的高低、溶液的组成等因素有关。
研究物质对光的选择性吸收,主要用于鉴别或鉴定物质。如红外吸收光谱主要用于有机化合物结构鉴定。紫外吸收光谱(波长范围200~400 nm)可用于物质结构鉴定。可见吸收光谱(波长范围400~750 nm)主要用于有色物质的定量分析。当一束白光通过某溶液时,如果溶液对各种颜色的光均不吸收,则容液是无色的;如果溶液只吸收了白光中一部分波长的光,而其余的光都透过溶液,溶液呈现出吸收光的互补色光的颜色,CuSO4 溶液之所以呈蓝色,是因为CuSO4选择性地吸收了白光中的黄色光而呈现蓝色。
补色律。 (λ1-565.52) ×(497.78-λ2)=233.02。式中λ1λ2是互补色的波长,单位用纳米(nm)。当两个补色光波同时作用眼睛时,有时并不能得到无彩色(白色)的视觉,这时需要调整两色的刺激强度,使它们之间达到适当的比例。
物质呈现互补色光的颜色,是由于物质的结构不同,电子所处的能级不同,其吸收光的波长也不同。这是物质对光选择吸收原理。
再说人的色觉原理。在人的视网膜上分布有对红、绿和蓝三种光线的波长特别敏感的三种视锥细胞或相应的感光色素,当不同波长的光线进入人眼时,可引起敏感波长与之对应的或相近的视锥细胞发生不同程度的兴奋,兴奋的共同作用使大脑产生相应的色觉。若三种视锥细胞受到同等程度的刺激,则产生白色色觉。
每种视锥体细胞的色素在光照射下会吸收某些波长的光而反射另一些波长的光。颜色是被吸收的各种波长的光由大脑皮层的视觉中枢“综合加工”而得到的结论。在吸收之前,各种颜色光的波长和频率都没有发生改变。
人类在观察颜色的时候,补色还与视网膜上的感光细胞受到光刺激后的疲劳程度或曰错觉有关。当人们注视色彩的时候,视觉范围内的各种颜色的光都会刺激视网膜上的视锥细胞,而产生所看到的色彩;但是视网膜上的视锥细胞长时间受到同种色光刺激,会产生疲劳现象,形成补色。
另外,环境色和物体色的对比度,也会产生补色而引起物体颜色的变化。举例。将洋红色与绿色并列,会显示出洋红色的更红、绿色的更绿。由于颜色对比使得每种颜色在自己的周围产生与自身颜色色相相反的对立色实际上并不存在,这叫视觉上的错觉补色。举例,单独看黑色和白色,不显得白的很白、黑的很黑,如果将黑白两色放在一起,就会显得白的很白、黑的很黑。
综上所述,人看到不同的颜色是由于视网膜上的细胞和大脑视觉中枢对各种不同的颜色光进行“加减乘除”形成的,也可以是视觉疲劳或者视觉错误产生的。互补色光混合产生白光也不例外,在到达视网膜前各种颜色的光并没有改变其波长或频率。