颜色的物理和化学原因

根据能量守恒定律在美国，能量可以从一种形式转换为另一种形式，但它不能被创造或毁灭。因此，当光子的光当光子被物质吸收，通常是被原子、分子、离子或一小群这样的单位吸收时，光子就消失了，它的能量就被物质吸收了。同样，当物质发光时，它失去了被光子带走的能量。一个给定的原子或分子不能发射任何能量的光，因为量子理论解释说，对于一个给定的系统，只有一定的能态是可能的。

的左边显示了一个允许能级的例子数字三价铬:存在于氧化铝晶体中的三价铬离子;这是提供红色的宝石的颜色ruby．在这个能级图中，基态是指定的⁴一个₂；这是能量状态在黑暗中红宝石中的铬离子。当照亮通过白色光，能量2.2 eV的光子或能量3.0 eV的光子都可以被吸收，使系统提高到⁴T₂或⁴T₁分别是能级。(在这个系统中，光线不能被吸收到关卡中²E由于某些量子限制，指定了选择规则。)这两种能量跃迁，被室温下的热原子振动拓宽为吸收带，对应于原子的吸收紫罗兰色的黄绿色部分的白光穿过红宝石，如图中央所示数字．剩下的传播光由强红光和弱红光组成蓝色的部分光谱，从而呈现出略带宝石红的深红色紫色的泛音。

现在红宝石中的铬离子含有多余的能量，但选择规则只允许通过中间物回到基态²E能量水平，如左图所示数字．部分被吸收的能量表现为红宝石的轻微升温。另一部分以光子的形式发射，产生明亮的红色荧光(最好在红宝石被紫外线辐射在黑暗中)。现在红宝石回到了基态，能量守恒了。这只是对颜色产生的一种解释。虽然所有颜色的产生或成因都涉及电子的激发，但为了简化解释，本文将颜色的物理和化学成因分为15类。前三点包括转换在量子理论解释的激发，振动和旋转的能级中。接下来的四个涉及对上述方法的修改配位场分子轨道理论。以下四个涉及能带形式主义的固态物理，最后四个用几何光学和物理光学理论解释。