Le molecole che appaiono colorate contengono gruppi cromofori i quali hanno elettroni π che possono muoversi da un orbitale di legame a un orbitale di antilegame. Vi sono tuttavia molecole come, ad esempio il benzene che, pur possedendo elettroni π appare incolore.
Condizione necessaria affinché un gruppo presente in una molecola sia un cromoforo è che la differenza di energia tra i due orbitali molecolari rientra nell’intervallo dello spettro del visibile.
Gruppi cromofori
Le lunghezze d’onda assorbite dipendono dal gap di energia coinvolto nella transizione. Una molecola con legami singoli assorbe lunghezze d’onda che cadono nel campo dell’U.V. Le strutture più complesse assorbono invece nel campo del visibile. Ad esempio la presenza di più legami π e le loro interazioni possono influenzare il gap energetico tra gli orbitali molecolari.
Alcune sostanze come il licopene, il β-carotene e le antocianine presentano un’alternanza di legami singoli e doppi. Vi è quindi la possibilità di formare orbitali molecolari di tipo π ai quali partecipano più di due atomi. La coniugazione di due o più cromofori provoca uno spostamento dell’assorbimento verso maggiori lunghezze d’onda. Ad esso corrisponde una minore energia per portare un elettrone da un orbitale π a un orbitale π*.
In questi casi, molte lunghezze d’onda della luce possono essere assorbite e quindi riemesse, conferendo alle sostanze una determinata colorazione.
Per un doppio legame C=C isolato, l’energia richiesta per promuovere un elettrone dall’orbitale π a un orbitale π* corrisponde a una lunghezza d’onda di circa 170 nm che cade nella regione dell’U.V. radiazione che non è percepita dall’occhio umano.
Quando il numero di doppi legami sono coniugati aumenta, il divario energetico tra l’orbitale molecolare più occupato e l’orbitale molecolare non occupato più basso diminuisce. Alla fine, la lunghezza d’onda della luce necessaria per promuovere un elettrone tra i due orbitali si sposta nella regione visibile. La sostanza quindi diventa colorata.
Il colore con cui appare una sostanza non è quello corrispondente alla lunghezza d’onda della colorazione assorbita ma quello delle radiazioni riflesse.