Современная теория рассматривает цветность с точки зрения строения оболочек атома и механизма поглощения и излучения им лучистой энергии.

Для уяснения механизма поглощения и излучения света необходимо вспомнить строение атома в его самом элементарном виде. В центре атома находится ядро, заряженное положительно. Вокруг ядра по строго определенным орбитам вращаются отрицательно заряженные электроны. Таким образом, атомы представляют собою картину многослойных образований. Электроны на ближайшей к ядру орбите связаны с ним прочнее, чем расположенные на более удаленных от него орбитах.

Если на атом не оказывается никакого внешнего воздействия, то он остается в нормальном, основном или невозбужденном состоянии. В этом невозбужденном состоянии атома все электроны совершают свои «дозволенные» им орбитальные движения на определенных нормальных энергетических уровнях. В нормальном состоянии, в котором атом обладает наименьшим уровнем энергии, он не излучает. Только приток энергии извне переводит атом из нормального состояния в возбужденное. Возбужденный атом обладает избыточным количеством потенциальной энергии по сравнению с нормальным. Как известно, в природе все системы стремятся перейти в состояние, соответствующее минимуму потенциальной энергии. Поэтому возбужденные электроны через стомиллионную долю секунды переходят на свою стационарную орбиту, атом возвращается в нормальное состояние, отдавая излишнюю энергию в виде излучения.

Падающий на какое-либо вещество световой поток состоит из квантов (порций света) определенной энергии, соответствующей тем или иным длинам волн. Поэтому атомы, возвращаясь в нормальное состояние, отдают энергию в виде электромагнитных волн различной длины.

Представления о поглощении и излучении света атомами можно распространить и на молекулу, состоящую из многих атомов. При этом общая картина того, что происходит внутри молекулы, усложняется, так как уровни энергий для наружных (внешних) электронов каждого атома зависят также от его соседства с другими атомами; степень «активности» хромофорных и ауксохромных групп зависит от их расположения относительно ряда структурных элементов молекуль Г (например, относительно двойных сопряженных связей) и т. д. Какие бы изменения ни происходили внутри молекулы под воздействием квантов света, все они в своей совокупности оказывают влияние на формирование сложной внешней оболочки из перекрывающих друг друга орбит. Эта внешняя оболочка (где находятся валентные электроны) и определяет все оптические свойства молекул и «построенных» из них веществ. Таким образом, в конечном результате цвет обусловлен избирательным поглощением молекул, из которых состоит вещество.

За последние десятилетия начали появляться новые ДФ краски на основе пигментов, яркость которых в десятки раз превышает яркость обычных пигментов и красочных лаков. Повышенная интенсивность свечения ряда веществ обусловлена явлением люминесценции (флуоресценция и фосфоресценция являются ее разновидностями).

Обычно количество энергии, излучаемой частицами тела, находящегося в движении, и энергии, вновь поглощаемой ими, одинаково. Это — пример температурного равновесного излучения. Между тем люминесценция представляет собою надтемпературное («холодное») свечение. Говоря иначе, люминесцентное свечение — избыток излучения над температурным. Свет люминесценции отличается от отраженного света и света, возникающего при релеевском рассеянии. В то время как отраженный и рассеянный свет — свет от постороннего источника, люминесценция — собственное свечение.

Флуоресценция

Флуоресценция представляет собою свечение молекул под воздействием возбуждающего света. Характерной чертой флуоресценции является то, что она, согласно закону Стокса, имеет другую волну, чем возбуждающий свет: излучаемый свет с большей длиной волны, чем поглощенный. Например, поглощенные фиолетовые, синие и зеленые лучи флуоресцирующего пигмента трансформируются в желтые, оранжевые и красные, которые высвечиваются вместе с нормально отраженными лучами в окружающее пространство. Итак, повышенная яркость флуоресцентных пигментов обусловлена тем, что наряду с отражением, присущим обычным пигментам, они характеризуются еще дополнительным «трансформированным» свечением.

Способность молекул флуоресцировать зависит от их химического строения. В частности, флуоресценция обусловлена такими особенностями молекул, как симметричность, жесткость, наличие сопряженных двойных связей (связи такого типа обеспечивают подвижность электронов) и т. д. Некоторые из обычных красителей, пигментов и красочных лаков также обладают способностью флуоресцировать. Такие структурные особенности молекул, как симметричность, жесткость, наличие сопряженных двойных связей, можно показать на примере красителя основного яркозеленого и красителя ксантенового родамина С.

Сравнение между собой двух красителей показывает, что оба они являются довольно симметричными. У обоих имеются двойные сопряженные связи, но у родамина С их больше, чем у основного яркозеленого; что же касается жесткости, то она явно больше у родамина С. Возбуждающий свет, вошедший извне в молекулу основного зеленого, будет относительно легко расшатывать все ее структурные элементы: ведь они не связаны между собой жестко. В результате этого дополнительная энергия молекулы, полученная ею от квантов света, будет растрачена внутри нее на усиление теплового движения, а излучение получится относительно слабым.