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熱致變色

情緒戒指的正面照片。注意顏色變化帶。

熱致變色,印刷界常以變色油墨感溫油墨稱之。是物質在溫度改變時發生顏色變化的性質。情緒戒指英語Mood ring是這種現象的一個很好的例子,但熱致變色也有更多的實際用途,例如:嬰兒奶瓶(涼到能喝時改變為不同顏色)或水壺(水處於或接近沸點時變色)。在生活中,我們在一些特製的水杯、毛巾和發票上都能找到熱致變色材料的應用。熱致變色是眾多變色效應英語Chromism的一種。

熱致變色油墨的示例。
四種不同物質的熱致變色現象。

可逆熱致變色

某些單質(如等)、無機物或有機物都可以發生熱致變色現象。

無機物的可逆熱致變色

無機物的可逆熱致變色見下表。

無機物的可逆熱致變色
物質變色溫度(℃)顏色變化變色機理參考文獻
Ag2HgI450.7黃→橙Ag(I)-Hg(II)電荷轉移配合物
Cu2HgI466.6紅→暗紫Cu(I)-Hg(II)電荷轉移配合物
Tl2HgI4116.5橙→紅晶體結構改變
ZnO425白→黃受熱失氧產生晶格缺陷
N2O4無→紅棕N2O4 ↔ 2 NO2
Na2O2544白漸變深黃
[(CH3)2CHNH2]CuCl352棕→橙CuCl3-幾何構型改變
MoO3無→黃

有機物的可逆熱致變色

有機物的可逆熱致變色
物質變色溫度(℃)顏色變化變色機理參考文獻
對氨基苯基汞雙硫腙鹽橙→藍質子轉移
鄰聯甲苯胺單縮香草醛100淡黃→土黃質子轉移
鄰聯甲苯胺雙縮香草醛120金→綠質子轉移
2,3-二苯乙烯基-5,6-二氰基吡嗪174.5黃→紅升高溫度,分子間π-π作用增強,
晶格收縮

不可逆熱致變色

不可逆熱致變色材料在加熱時發生變色,可能是由於物質在加熱時發生了不可逆的分解反應或者氧化還原反應,可以發生這類反應的通常有存在氧化態較低元素的物質和受熱易分解的碳酸鹽氫氧化物硝酸鹽草酸鹽鹵酸鹽等。水合物、氨合物受熱可以分解,比如CoCl2·6H2O和NiSO4·6H2O。

銨鹽對熱不穩定,受熱也會分解。重鉻酸銨的熱分解便是有鮮明顏色變化的一例,其分解反應為:

(NH
4
)
2
Cr
2
O
7
(s)Cr
2
O
3
(s) + N
2
(g) + 4 H
2
O
(g) (ΔH=−429.1 ± 3 kcal/mol)

反應結束後,顏色由橙色變為暗綠色。

應用

根據某些物質的熱致變色性質而製作的熱致變色材料可以應用於軍事、變色玻璃、示溫材料、藝術品、防偽材料等。

拓展閱讀

  • 蘇海濤, 郭虹, 王學軍. 熱致變色材料與防偽應用[J]. 標準化報導. 1997. 18(4): 26-27
  • 周家茵, 綦尤訓, 周世光. 鑭系配合物熱致變色性能的研究(III)[J]. 國防科技大學學報. 1990. 12(1): 116-120
  • 周家茵, 綦尤訓, 周世光 等. 稀土配合物熱致變色性能研究(VI)-稀土鉻天青S配合物的熱致變色性能. 國防科技大學學報. 1991. 13(1): 64-68
  • 余堅, 苑俊章, 郝志峰. 新型AgmCunHgI4可逆熱致變色顏料的研究[J]. 精細化工. 2002. 19(11): 651-653
  • 畢維昭. 二氯化鈷在水-乙醇溶液中的熱致變色作用[J]. 蘇州大學學報(自然科學). 1990. 6(4): 515-519
  • 井原, 良訓. 金屬錯體の固相サーモクロミズム: 熱構造異性化反応を中心にして[J]. 化學と工業. 1989. 42(2):235-239

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