この章での色の定義については、まずは直感的に理解していれば良い。(正確に色覚を説明すると生物学など他分野が絡み、広範かつ専門的になる。)
読者には、まずは色素の分子構造と電磁波との関係について、理解をしてもらいたい。
色素の定義は明確ではないが、材料に添加した場合に色を加える物質を色素(coloring material)という。
繊維に染色できる色素を染料(dye stuff)という。
白色光で照らされた物体は、可視光の特定の波長を吸収して、残りの波長の光を反射する。したがって物質が吸収する色と、反射光は、反対の色になる。
たとえば、赤色の物体は、光源の白色光から、青色や緑色や紫色などの、赤色以外の色の波長を吸収して、赤色のみを反射したので、ヒトの目には赤色に見えるのである。
赤色に対する、青緑色のように、反対側の色を補色という。赤は青緑の補色である。同様に青緑は赤の補色である。
白色光に照らされた物質に色を感じる仕組みは、物質が吸収した色の補色を、色として感じるのである。
色素には炭素化合物などの有機化合物からなる有機系の色素と、無機化合物からなる無機系の色素がある。本節では有機色素について説明する。
化合物に色を付けるには、その構造中に可視光を吸収できる官能基が必要である。
可視光を吸収できて、物質に色を付けられる官能基を発色団(chromophore)という。
有機色素の発色団は、-C=Oや、-N=N- などのように共役ニ重結合を持った官能基である。
共役ニ重結合によりπ電子が動けるようになっているので、電磁波と電子が相互作用ができるようになり、外部からの光を吸収できるようになっている。(たとえば、金属などの自由電子を持つ物質は不透明だったのを思い出そう。)
発色団以外の官能基で、発色団の作用を強めたり、親水性を高め染色しやすくする官能基を助色団(じょしょくだん、auxochrome)という。助色団には、たとえば、-OHや-COOHや-NH2などがある。
アゾ基 -N=N- を発色団として持った染料をアゾ染料(azo dye)という。アゾ染料としてコンゴーレッド(congo red)やメチルオレンジ、メチルレッドなどが有る。コンゴレッドやメチルオレンジなどは染料の他の用途でも、pH指示薬として用いられることがある。
アニリンC6H5NH2などの芳香族アミンを希塩酸に溶かしたのち、亜硝酸ナトリウム水溶液を加える事で、ジアゾニウム塩を作ることができる。このジアゾニウム塩が、アゾ染料の原料となる。また、芳香族アミンをジアゾニウム塩にする処理をジアゾ化(diazotization)という。
アニリンC6H5NH2をジアゾ化する場合は、まずアニリンを希塩酸に溶かしてから、亜硝酸ナトリウムを加えることで、塩化ベンゼンジアゾニウム C6H5N2Clができる。
ジアゾニウム塩は水に溶け、陽イオンのベンゼンジアゾニウムイオン[C6H5-N≡N]+と、陰イオンの塩素イオンCl-とに電離する。
なお、-N≡N-の左側のNは4価である。