Chemija, kuri keičia spalvą šaltyje. Cheminė spalvos esmė
Termochrominiai dažai yra moderni medžiaga, su kuria sukuriamos neįprastos dangos, galinčios keisti spalvą veikiant skirtingoms temperatūroms. Dėl šio poveikio karščiui jautrūs junginiai buvo plačiai pritaikyti įvairiose pramonės šakose – nuo suvenyrų gamybos iki automobilių dažymo.
Veikliosios medžiagos savybės
Veiklioji kompozicijos sudedamoji dalis yra termochrominis pigmentas. Būtent jis užtikrina dangos reakciją į šildymą ar aušinimą kartu su spalvos pasikeitimu. Temperatūros svyravimų amplitudė – 15–70 °C.
Reikšmė, nuo kurios prasideda reakcija, yra individuali kiekvienai konkrečiai kompozicijai.
KATO_Katosha – Chameleono plaukai (PRAVANA VIVIDS Mood Color)
PRAVANA VIVIDS Mood Color yra pirmasis pasaulyje pigmentas, kuris keičia plaukų spalvą priklausomai nuo temperatūros. TAI YRA...
Termochrominiai pigmentai medžiagoje yra skystųjų kristalų pavidalu, uždengtų mikrokapsulėse, todėl juos galima maišyti su įvairiais tirpalais, tokiais kaip aliejiniai, gumos ar akrilo pagrindo dažai. Veiklioji medžiaga paprastai sudaro nuo 5 iki 30 % visos dažiklio masės. lėšų; šis skaičius priklauso nuo norimo rezultato.
Termo dažų rūšys
Termochrominiai junginiai skirstomi į dvi grupes:
- grąžinamas,
- neatšaukiamas.
Pirmieji apima tas dangas, kurios suteikia grįžtamąjį vizualinį efektą, tai yra, jos gali pakeisti atspalvį ir grįžti į pradinę būseną, kai temperatūra normalizuojasi. Šis „triukas“ kartojamas daugybę kartų.
Antruoju atveju dažai vieną kartą pakeičia spalvą ir galiausiai danga nebereaguos į karštį ar šaltį.
Naudojimo sritys
Grąžinamo tipo termochrominiai rašalai naudojami plačiau nei jų „vienkartiniai“ rašalai. Šios medžiagos įgijo didelį populiarumą tarp automobilių savininkų, kurie nori, kad jų automobilis būtų originalus išorinio dizaino požiūriu.
automobilio dangtis
Karščiui jautrūs dažai yra dovana tiems, kurie mėgsta eksperimentuoti ir būti kūrybingiems prižiūrėdami automobilį. Kiekvienas savo rankomis gali susikurti naują įdomų įvaizdį savo geležiniam arkliui, nes dirbti su spalvą keičiančiais dažais nėra sunku. Galima tepti net paprastu teptuku ar voleliu, nors geriausias automobilio kėbulo dažymo variantas, žinoma, yra dažų purkštuvas.
Termochrominė medžiaga gali būti ne tik dekoro akcentas, bet ir atlikti svarbią praktinę funkciją: jei kaitinant automobilio danga pasidaro balta ar kitokio šviesaus atspalvio, tai karštu oru kėbulas galės atspindėti saulės spindulius bei paviršius automobilis mažiau perkais.
Norėdami sukurti sudėtingą vizualinį efektą, galite naudoti šią techniką: nudažykite automobilį keliais termo dažų sluoksniais, naudodami kompozicijas su skirtingomis temperatūros slenksčiais. Kaip aišku siena nuo senų dažų namuose? Pridėti „stebuklingumą“ padės piešiniai, pagaminti naudojant trafaretą arba pritaikyti rankomis (jei yra menininko kūriniai).
Dažai, kurie keičia spalvą priklausomai nuo temperatūros Automobilis, kurio dizainui meistriškai panaudoti karščiui jautrūs dažai, tiesiog negali likti nepastebėtas kitų automobilių sraute!
Besidžiaugdami galimybe papuošti savo transporto priemonę, vis tiek turėtumėte žinoti, kad termochrominiai dažai turi ir trūkumų:
- mažas atsparumas šviesai: norėdami apsaugoti automobilio kėbulo dangą nuo žalingo ultravioletinių spindulių poveikio, turėsite padengti specialaus lako sluoksnį ir įrengti automobilių stovėjimo aikštelę su stogeliu (geriausias variantas yra garažas);
- esant mechaniniams pažeidimams, mašiną reikės visiškai perdažyti;
- sunkumai registruojant automobilį, kuris neturi nuolatinės spalvos;
- termiškai jautrus dažai- brangi medžiaga.
Indai, kurie keičia spalvą
Arbatos ar kavos puodelis, kurio paviršiuje, patekus karštam gėrimui, atsiranda juokingas užrašas ar piešinys, yra gera įsimintina dovana. Užkandžių lėkštė su besiformuojančiu raštu yra įdomi stalo serviravimo detalė. Dažai, kurie keičia spalvą priklausomai nuo piešimo temperatūros?
O jaunų mamų kasdienybėje praverčia įvairūs vaikiški patiekalai, duodantys vizualinį signalą, kai košė ar pienas per karštas.
Svarbu: termochrominiuose dažuose nėra toksinių medžiagų, o šiomis medžiagomis dažyti indai yra saugūs sveikatai.
apranga
Tekstilės pramonėje taip pat naudojamos kompozicijos, kurios keičia spalvą priklausomai nuo temperatūros. Taigi ant kūno dėvimi paprasti marškinėliai gali nustebinti madingu raštu, o ant džinsų atsiras stilingas raštas ar etiketė.
Suvenyrai ir dekoro elementai
Šioje pramonėje atsiveria neįprastai plačios termochrominių medžiagų panaudojimo galimybės: kalėdiniai žaislai ir girliandos, kita šventinė atributika, originalios lempos ir žvakidės, raktų pakabukai, dovanų raštinės reikmenys ir kt. Puiku tai, kad daug dalykų galima pasidaryti ir nudažyti savo rankomis, pavyzdžiui, nupiešti paveikslą ar sukurti skydelį su „paslaptimi“.
Spausdinti gaminiai
Nuo šiltų rankų prisilietimo „atgyjančios“ vizitinės kortelės, reklaminiai bukletai ar kvepalus reklamuojantys žurnalai (trinkite puslapį!), vaikiškos paveikslėlių knygelės, atvirukai – visa tai dažnai gaminama naudojant karščiui jautrius junginius, nes jų spalvų paletė yra tokia. gana turtingas.
Apskritai kiekvienas gali rasti originalų šių neįprastų medžiagų panaudojimą kasdieniame gyvenime, parodydamas vaizduotę ir įdėdamas šiek tiek pastangų.
Papildoma informacija:
Kitas termochrominių dažų pranašumas yra kaina. Jis yra gana mažas, atsižvelgiant į šios medžiagos savybes (1500 rublių už 25 gramų stiklainį, kurio pakanka ilgam). Tokie sprendimai pritraukia klientus ir yra puikus reklaminis žingsnis.
- Žemiau + 20 laipsnių - medžiagos tepimui ant indų, kurie bus naudojami gaiviesiems gėrimams.
- + 29 ... + 31 laipsnis – tinka paviršiams, kurie, veikiami kūno temperatūros (palietus), keis spalvą. Šis efektas plačiai naudojamas reklamoje, ant marškinėlių, žurnalų ir bukletų.
- Virš + 43 laipsnių – medžiagos, skirtos gaminiams, kurie sąveikaus su karšta temperatūra (karštų gėrimų indai). Šiuo atveju spalvos keitimo efektas atlieka ne tik dekoratyvinę, bet ir perspėjimo funkciją.
Dengimui ant puodelių naudojami termochrominiai dažai, kurių barjeras žemesnis nei +20 laipsnių Celsijaus.
Paprastai termochrominiai pigmentai yra toksiški ir naudojami tik ribotai, tačiau The Unseen kūrėjams pavyko atsikratyti šios problemos, suradę ir susintetindami panašias, bet nekenksmingas medžiagas. Kaip pakeisti dažų spalvą namuose? Temperatūros pokytis priverčia šias molekules įgauti vienokią ar kitokią erdvinę konformaciją, pasikeičia sugertos spinduliuotės spektras.
Priklausomai nuo konkrečių rinkinio dažų, tai gali įvykti esant skirtingoms temperatūroms. Pavyzdžiui, „šalta“ mėlyna ir balta pereina viena į kitą maždaug 15 ° C temperatūroje, o „karšta“ raudona ir juoda - 31 ° C temperatūroje.
Boker sukūrė keletą dažų, kurie keičia spalvą skirtinguose temperatūrų diapazonuose. Perėjimo taškai atitinka perėjimą tarp kambario ir lauko temperatūros arba atitinka žmogaus kūno temperatūrą. Tarp sukurtų kompozicijų yra juodi dažai, kurie, veikiami karšto oro, keičia spalvą į raudoną, yra dažų, kurie keičiasi iš juodos į baltą, iš sidabro į šviesiai mėlyną, iš mėlynos į baltą ir iš juodos į geltoną.
Norėdami sukurti sudėtingą vizualinį efektą, galite naudoti šią techniką: nudažykite automobilį keliais termo dažų sluoksniais, naudodami kompozicijas su skirtingomis temperatūros slenksčiais. Pridėti „stebuklingumą“ padės piešiniai, pagaminti naudojant trafaretą arba pritaikyti rankomis (jei yra menininko kūriniai). Automobilis, kurio dizainui meistriškai panaudoti karščiui jautrūs dažai, tiesiog negali likti nepastebėtas kitų automobilių sraute!
Tačiau net pirmieji reklaminių vaizdo įrašų pavyzdžiai leidžia įsivaizduoti tokių plaukų dažų naudojimo efektą. Kai garbanos - veikiant pūtimo plaukų džiovintuvo temperatūrai, pakeiskite atspalvius nuo tamsių, beveik juodų su šiek tiek rausvu blizgesiu iki ryškiai raudonos ir net šviesiai raudonos.
Atrodo pakankamai įdomiai. Be to, dažų kūrėjai žada maksimalų jų saugumą: kad jie nebus kenksmingesni už įprastus šiandien parduodamus plaukų dažus.
Maisto pramonėje labai populiarūs termochrominiai (termojautrūs) dažai. Tokiais dažais padengtas ir ant gaminio uždėtas vaizdas vartotoją informuoja, ar gaminys pasiekė norimą temperatūrą, pavyzdžiui, šaldytuve ar orkaitėje. Termochrominius dažus taip pat naudoja alaus, alkoholinių gėrimų (butelių, etikečių, lipdukų ir kt.) gamintojai, kur signalizuoja, kad gėrimas atvėsęs, keraminių indų (puodelių, stiklinių, lėkščių) gamyboje, taip pat naudojami. in Įvairios rūšys plastikinės PP, PVC, ABS, silikoninės gumos ir kitos permatomos arba permatomos plastikinės medžiagos, skirtos liejimui, ekstruzijai, ofsetui, šilkografijai, šilkografijai, fleksografijai.
Mes visi turime kokių nors gudrybių. Daugelis iš mūsų žino keletą paprastų magiškų triukų, kurie gali nustebinti draugus vakarėlyje ar parodyti vaikams ir prajuokinti. Šiandien mes sukursime natūra cheminis eksperimentas, kuris taip pat gali tapti gražiu židinio tašku.
Pirmiausia pažiūrėkime vaizdo įrašą:
Taigi, norint pasigaminti mūsų stebuklingo skysčio, gali tekti užsukti į vaistinę, tačiau užtikriname – verta.
Mums reikės:
- Dvi vienodo dydžio stiklinės;
- Dvi mažos stiklinės (gali būti plastikinės);
- Indą, į kurį pilsime šiltą vandenį;
- Šaukštas, su kuriuo maišysime;
- Bulvių arba kukurūzų krakmolas;
- Vienas gramas vitamino C;
- jodo tinktūra;
- Vandenilio peroksidas (3%);
- Švirkštai tikslesniam visų komponentų dozavimui.
Jei vitaminas C yra tablečių pavidalu, tada jas reikia susmulkinti į miltelius. Visų pirma, į plastikinę stiklinę reikia įpilti gramą vitamino ir įpilti 60 ml šilto vandens.
Kitas žingsnis – paruošti skystą krakmolą, sumaišius vieną arbatinį šaukštelį krakmolo 150 ml saltas vanduo. Tada įpilkite dar 150 ml karšto vandens ir gerai išmaišykite.
Imame dvi vienodas stiklines ir pilame į jas 60 ml šilto vandens.
Į pirmą stiklinę įpilkite 5 ml jodo tinktūros ir 10-12 ml skysčio su vitaminu C. Įpylus skysčio su vitaminu, jodas visiškai nusidažys.
Į antrą stiklinę įpilkite 15 ml vandenilio peroksido ir 7 ml skysto krakmolo.
Parengiamasis etapas baigėsi, o tai reiškia, kad galite pereiti prie paties dėmesio. Imame stiklines ir pilame skystį iš vienos į kitą.
Po to belieka vieną stiklinę padėti ant stalo ir laukti. Skystis greitai pakeis spalvą į tamsią. Chemijoje šis eksperimentas žinomas kaip jodo laikrodis. Jei eksperimento esmę išsakysime prieinamiausiu būdu, tai galime teigti, kad tai yra savotiška konfrontacija tarp krakmolo, paverčiančio jodą tamsiu skysčiu, ir vitamino C, kuris tam neleidžia. Galų gale vitaminas visiškai sunaudojamas ir skystis akimirksniu pakeičia spalvą. Magija suveikė. Beje, jei į tamsų skystį įbersite šiek tiek daugiau vitamino C miltelių, skystis kuriam laikui vėl taps spalvos.
Tikras plaukų dažų spalvos pasikeitimas karštu oru
Nematomas / Vimeo
Termochrominiai pigmentai yra medžiagos arba medžiagų mišiniai, kurie keičia spalvą priklausomai nuo temperatūros. Daugelis medžiagų turi šią savybę, tačiau, kaip taisyklė, spalvos pasikeitimas reikalauja labai aukštos temperatūros ir yra susijęs su fazių pokyčiais arba cheminėmis reakcijomis. Yra keletas medžiagų klasių, kurių termochrominės savybės yra gerai išreikštos ir atsiranda žemoje temperatūroje. Būtent jų dėka parduotuvėse galima rasti puodelių, kurių raštas keičiasi veikiant karštam vandeniui, termometrams ir net audiniams.
Dažnai kaip termochromai naudojami skystieji kristalai – medžiagos, kurių molekulės suskirstytos į stulpelius ar lakštus, net nepaisant skystos agregacijos būsenos. Temperatūros pokyčiai turi įtakos konstrukcijų matmenims, pavyzdžiui, lakštų pločiui. Tai atsispindi optinėse medžiagų savybėse. Antroji termochromų klasė – tai organiniai dažai, kurie dėl cheminių virsmų gali grįžtamai pakeisti savo spalvą. Tokių junginių pavyzdys yra spiropiranai – jų molekulių struktūroje yra du vienoje vietoje sujungti atomų žiedai. Pasikeitus terpės temperatūrai ar rūgštingumui, žiedai gali atsidaryti, labai pasikeičia medžiagos savybės ir spalva. Tačiau, kaip taisyklė, tokie dažai yra toksiški odai, o tai riboja jų naudojimą.
Kūrimo autoriai buvo įkvėpti etapas iš filmo „Raganavimas“, kuriame filmo herojės burtų pagalba pakeičia vienos iš jų plaukų spalvą. Norėdami sumažinti dažų toksiškumą, kūrėjai naudojo polimerinius rišiklius. „Galime užkirsti kelią žalingam šių cheminių medžiagų poveikiui per procesą, vadinamą „polimero stabilizavimu“, kurio metu į grandinę panašios molekulės (polimerai) apsivynioja aplink dirgiklį“, – sako bendrovės įkūrėja Lauren Bocker.
Boker sukūrė keletą dažų, kurie keičia spalvą skirtinguose temperatūrų diapazonuose. Perėjimo taškai atitinka perėjimą tarp kambario ir lauko temperatūros arba atitinka žmogaus kūno temperatūrą. Tarp sukurtų kompozicijų yra juodi dažai, kurie, veikiami karšto oro, keičia spalvą į raudoną, yra dažų, kurie keičiasi iš juodos į baltą, iš sidabro į šviesiai mėlyną, iš mėlynos į baltą ir iš juodos į geltoną.
Yra ir kitų tipų pigmentų, kurie keičia spalvą veikiant išoriniams poveikiams. Pavyzdžiui, fotochromai keičia spalvą veikiant šviesai, mechanochromai – deformacijos metu, elektrochromai – veikiami elektros srovės. Mokslininkai ne tik naudoja šias medžiagas dekoravimui, bet ir esminiams tikslams naudoja junginių transformacijas. Taigi, prieš metus Vokietijos ir Japonijos chemikai sukūrė nanoskalės „žirkles“, kurios gali grįžtamai atsidaryti ir užsidaryti veikiant šviesai. Jie buvo pagrįsti DNR molekule, modifikuota fotochrominiu azobenzenu.
Vladimiras Koroliovas
Spalvos faktorių nustatymas. Kas yra spalva chemijos požiūriu? Be žinių neįmanoma svarstyti apie cheminę spalvos esmę fizines savybes matoma šviesa. Puiku anglų fizikas Esame skolingi I. Newtonui, kad jis paaiškino skilimo fenomeną balta spalva ant spalvų spektro spindulių rinkinio. Kiekvienas bangos ilgis atitinka tam tikrą energiją, kurią šios bangos neša. Bet kurios medžiagos spalvą lemia bangos ilgis, kurio energija vyrauja šioje spinduliuotėje. Dangaus spalva priklauso nuo to, kiek saulės šviesos pasiekia mūsų akis. Trumpo bangos ilgio (mėlyni) spinduliai atsispindi nuo oro dujų molekulių ir išsisklaido. Mūsų akis juos suvokia ir nustato dangaus spalvą – mėlyną, mėlyną (3 lentelė.).
Tas pats atsitinka ir su spalvotomis medžiagomis. Jei medžiaga atspindi tam tikro bangos ilgio spindulius, tada ji yra spalvota. Jei viso spektro šviesos bangų energija yra vienodai absorbuojama arba atspindima, tada medžiaga atrodo juoda arba balta. Žmogaus akyje yra optinė sistema: lęšis ir stiklakūnis. Tinklainėje yra šviesai jautrių elementų: kūgių ir strypų. Kūgiai leidžia atskirti spalvas.
3 lentelė. Medžiagų, turinčių vieną sugerties juostą matomoje spektro dalyje, spalva
Taigi tai, ką vadiname spalva, yra dviejų fizikinių ir cheminių reiškinių rezultatas: šviesos sąveika su medžiagos molekulėmis ir bangų, kylančių iš medžiagos, poveikio akių tinklainei. Taigi, pirmasis veiksnys spalvos formavimas – šviesa.
Apsvarstykite toliau pateiktus pavyzdžius, antrasis veiksnys- medžiagų struktūra.
kristalų struktūra turi metalų, jie turi tvarkingą atomų ir elektronų struktūrą. Spalva yra susijusi su elektronų judumu. Šviečiant metalus vyrauja atspindys, jų spalva priklauso nuo atspindimo bangos ilgio. Baltas blizgesys atsiranda dėl vienodo beveik viso matomų spindulių rinkinio atspindžio. Tai aliuminio, cinko spalva. Auksas yra rausvai geltonos spalvos, nes sugeria mėlynus, indigo ir violetinius spindulius. Varis taip pat turi rausvą spalvą. Magnio milteliai yra juodi, o tai reiškia, kad ši medžiaga sugeria visą spindulių spektrą.
Kitas, trečias spalvos išvaizdos faktorius yra joninė medžiagų būsena. Spalva priklauso ir nuo aplinkos aplink spalvotas daleles. Tirpale esantys katijonai ir anijonai yra apsupti tirpiklio apvalkalo, kuris veikia jonus.
Veiksniai, turintys įtakos spalvos pasikeitimui cheminių medžiagų. Atliekant paprastą eksperimentą, į burokėlių sulčių tirpalą (aviečių spalvos) pridedant šių medžiagų: acto rūgšties; šarmo arba vandens tirpalas, dėl to galima pastebėti burokėlių tirpalo spalvos pasikeitimą. Pirmuoju atveju rūgštinė terpė pakeičia burokėlių tirpalo spalvą į violetinę, antrojo eksperimento metu šarminė terpė pakeičia tirpalo spalvą į mėlyną, o pridedant vandens ( neutrali aplinka) nesukelia spalvos pokyčių.
Chemikai žino šarminės aplinkos nustatymo rodiklį – fenolftaleiną. Jis pakeičia šarmų tirpalų spalvą į tamsiai raudoną. Su geležies jonų spalvos pasikeitimu, kai jį supa kruvinas kalio tiocianatas istorinis faktas. 1720 m. Petro I politiniai priešininkai iš dvasininkų vienoje iš Sankt Peterburgo katedrų suorganizavo „stebuklingą“ Dievo Motinos ikoną, kuri ėmė lieti ašaras, o tai buvo komentuojama kaip jos nepritarimo Petro reformoms ženklas. . Petras I atidžiai apžiūrėjo ikoną ir pastebėjo kažką įtartino: ikonos akyse rado mažas skylutes. Jis taip pat rado ašarų šaltinį: tai buvo kempinė, suvilgyta geležies tiocianato tirpale, kuris turi kraujo raudonumo spalvą. Svoris tolygiai spaudžiamas ant kempinės, išspausdamas lašus per piktogramoje esančią skylę. „Štai stebuklingų ašarų šaltinis“, – sakė valdovas.
Cheminės medžiagos yra gamtos dalis, kuri mus supa iš visų pusių. Gyvūnų kraujyje ir lapų žalumynuose yra panašios struktūros, tačiau kraujyje yra geležies jonų – Fe, o augaluose – Mg. Tai užtikrina spalvą: raudoną ir žalią. Beje, posakis mėlynas kraujas“ tinka giliavandeniams gyvūnams, kurių kraujyje vietoj geležies yra vanadžio. Taip pat dumbliai, augantys vietose, kur mažai deguonies, turi mėlyną spalvą.
Augalai su chlorofilu geba formuoti organines magnio medžiagas ir panaudoti šviesos energiją. Fotosintetinių augalų spalva yra žalia.
Geležies turintis hemoglobinas naudojamas deguoniui pernešti visame kūne. Hemoglobinas su deguonimi nudažo kraują ryškiai raudonai, o be deguonies suteikia kraujui tamsią spalvą.
Būtina padaryti tokias išvadas apie spalvos fizikinį ir cheminį pobūdį:
Pirmasis spalvos formavimo veiksnys yra šviesa;
Antrasis veiksnys – cheminė medžiagų struktūra;
Trečias spalvos atsiradimo veiksnys yra joninė cheminių medžiagų būsena, spalva priklauso nuo spalvotas daleles supančios aplinkos.
4.2. Dažų chemija .
Spalvų harmonija yra viena iš sudedamosios dalys dizaino menas. Seniausi dažai buvo medžio anglis, kreida, molis, cinoberas ir kai kurios druskos, pavyzdžiui, vario acetatas (verdigris). Dažus ir dažus naudoja menininkai, dekoratoriai ir tekstilininkai.
Pirmieji dažikliai – neorganiniai pigmentai – pradėti naudoti dar akmens amžiuje. Primityvūs žmonės spalvotus natūralius mineralus naudojo kūnui, įvairiems namų apyvokos daiktams ir drabužiams dažyti. Gražūs piešiniai urvuose išliko iki šių dienų, pergyvenę savo kūrėjus šimtus amžių. Būtent spalvoti mineralai kartu su tauriaisiais metalais visada buvo žmonių galios ir turtų simboliai. Žmonijai vystantis, dažų poreikis tik augo.
Dar dešimtajame amžiuje BC, apačioje Viduržemio jūra netoli Tiros miesto (senovės Finikija) jie gaudė adatines sraiges. Vergai diena po dienos nėrė į jūrą dėl šių sraigių. Kiti vergai juos išspaudė, sumaldavo druska ir toliau apdorojo, kurį sudarė daugybė operacijų. Išgauta medžiaga iš pradžių buvo balta arba šviesiai geltona, tačiau veikiama oro ir saulės šviesos pamažu tapo citrinos geltonumo, vėliau žalia ir galiausiai įgavo nuostabią violetiškai raudoną spalvą. Gauta violetinė kelis šimtmečius buvo vertingiausias iš visų dažiklių. Tada jis buvo valdžios simbolis – teisė nešioti purpuriniais rūbais buvo artimiausių valdovų ir didikų privilegija. Tokiu būdu gautais dažais nudažyti tik vieną kvadratinį metrą audinio buvo labai brangu. Iš tiesų, norint gauti vieną gramą violetinės spalvos, reikėjo apdoroti 10 000 sraigių!
Sunkus Tyro vergų darbas nėra vienintelis tokio pobūdžio pavyzdys istorijoje. Po kelių šimtų metų indigo- Violetiškai mėlyni dažai, išgauti iš augalo Indigofera tinctiria, tapo vienu iš pagrindinių Britanijos Rytų Indijos bendrovės pelno šaltinių. Rytų Indijos kompanijos laivai kasmet į visas pasaulio dalis pristatydavo nuo 6 iki 9 milijonų kilogramų šių vertingų dažų. Anksčiau dažydavo bures, dabar – džinsus.
Šiais laikais šiuolaikinių pigių ir kartu ryškių visų spalvų ir atspalvių dažų gamybai nebereikia nei vergų, nei kolonijų gyventojų pervargimo. Jie, įskaitant violetinę ir indigo, gaminami chemijos gamyklose. Tačiau violetinė ir indigo spalva prarado savo buvusią šlovę. Juos pakeitė šviesai atsparesni sintetiniai dažai, kurių šiandien turime platų pasirinkimą.
Kelias į dabartinę sėkmę buvo atvertas daugelio chemijos mokslininkų darbo dėka. 1826, 1840 ir 1841 m. Unferdorbenas, Fritzsche ir Zininas nepriklausomai gavo aniliną iš indigo. 1834 m. Runge atrado anilą akmens anglių dervoje, tais pačiais metais atrado fenolį, o kiek vėliau – pirmąjį dažiklį iš akmens anglių deguto. rozolio rūgštis suteikia purpurinę spalvą.
1856 m. 18-metis chemikas Perkinas, dirbdamas per atostogas savo namų laboratorijoje, nesėkmingai bandydamas sintetinti chininą, netikėtai gavo ryškiai rausvai violetinį dažiklį - juda. Kartu su tėvu ir broliu Perkinas įkūrė įmonę ir po metų organizavo mauveine gamybą gamykliniu mastu. Taigi Perkinas padėjo pagrindą anilino pramonės sukūrimui.
1868 metais Grebe ir Liebermannas atskleidė paslaptį alizarinas- raudonas dažiklis, išgaunamas iš mados šaknų. Toliau sekė sintezės. eozino ir kiti ftaleino dažai, kuriuos sukūrė Bayer ir Caro, ir antraceno dažų struktūros iššifravimas, kurį atliko E. Fischer ir O. Fischer. Iki XIX amžiaus pabaigos. šie pasiekimai baigėsi pramoniniu indigo sintezės įdiegimu pagal Heimanno ir kitų chemikų sukurtą metodą.
Vokiečių chemikų nuopelnai plėtojant dažų ir lako pramonę yra dideli. Dar 1911 metais Vokietijos firmos eksportavo 22 000 tonų sintetinių indigo. Vienu metu gamindami 1500 tonų pigaus sintetinio alizarino, jie beveik visiškai pakeitė natūralų alizariną, todėl smarkiai sumažėjo beprotnamių veisimas.
Kodėl baltos šviesos apšviestos medžiagos įgauna tam tikrą spalvą? Faktas yra tas, kad šviesa, praeinanti per dažus, yra sugeriama jo molekulių. Dažų molekulių struktūra tokia, kad šviesa sugeriama selektyviai. Dažų molekulė „parenka“ baltą šviesą sudarančius spindulius, spektro linijas, kurios būdingos tik jai. Praradus kai kurias spalvas, krintantis spindulys nuspalvinamas vadinamosiomis papildomomis spalvomis (žalia - raudona, geltona - violetinė, mėlyna - oranžinė), pavyzdžiui, praradus raudoną spalvą, bus žalia spalva.
Nuo ko priklauso medžiagos absorbcijos spektras? Prieš mus yra gana paprastos struktūros dažų formulė: tiksli cheminis pavadinimas- n, n "-dimetilaminoazobenzensulfonato natrio druska. Ši medžiaga naudojama kaip indikatorius, kitaip vadinosi - metilo apelsinas. Tačiau šie dažai dažymui netinka, nes įpylus rūgšties geltona spalva pasidaro raudona. Neatsitiktinai organiniai dažai turi sudėtingą struktūrą. Daugelio chemikų atlikti tyrimai leido nustatyti ryšį tarp junginio spalvos ir jo struktūros. Dažų molekulės pagrindas arba šerdis, kaip taisyklė, sudaro žiedinę struktūrą. Prie jo turi būti pritvirtinti spalvų nešikliai – chromoforai. Tai visada yra nesočiosios grupės:
CH=CH yra etileno grupė;
С=О – karbonilo grupė (okso grupė, keto grupė);
N=N - azo grupė;
N=O, nitrozo grupė;
NO2 yra nitro grupė.
Branduolys ir chromoforų grupės kartu sudaro spalvotą sistemą – chromogeną. Daugeliu atvejų tik vieno chromoforo buvimas dar nesuteikia spalvos. Pavyzdžiui, oranžinėje molekulėje b-karotinas- morkų dažai - turi 11 dvigubų jungčių. Be to, spalva priklauso nuo to, kaip tiksliai yra išsidėstę ir sujungti vienas su kitu chromoforai. Norint sustiprinti spalvą, pagilinti jos atspalvį ir pasiekti didesnį spalvos atsparumą, prie šerdies chromoforu turi būti pritvirtintos papildomos grupės – auksochromai. Tai visų pirma hidroksilo grupė OH ir amino grupė NH2, kurios ne tik įtakoja spalvą, bet ir dėl savo rūgštinio ar bazinio pobūdžio padidina dažų afinitetą pluoštui. Šiuolaikinė elektroninė spalvų teorija spalvą laiko sąveikos su dažų molekulės elektronų debesies šviesa rezultatu. Būtent nuo jos parametrų, kuriuos lemia chromoforų ir auksochromoforų grupių buvimas, priklauso molekulės absorbcijos spektras.
Fosforai.Įprasti dažai sugertą šviesą išsklaido žmogaus akiai nematomos infraraudonosios spinduliuotės pavidalu. Tačiau yra molekulių, galinčių po išorinės energijos sužadinimo grįžti į nesužadintą būseną, skleisti matomos spalvos spindulius. Tai yra fosforai. Jų švytėjimui reikalinga energija gali būti cheminė („fosforai“), mechaninė („triboluminoforai“), elektrinė („elektroliuminoforai“) arba šviesa („fotoliuminoforai“), taip pat veikiama spinduliuotės.
Gamtoje yra fosforescuojančių fosforų. Švytėjimas gali atsirasti dėl lėtos medžiagos oksidacijos ore (pavyzdžiui, baltojo fosforo, kai kurių vabzdžių luciferino, mikrobų, grybų, žuvų). Tokios medžiagos, neturinčios prieigos prie oksiduojančios medžiagos (oro deguonies), nešviečia. Kai kurios medžiagos gali švytėti trinant ar purtant (pavyzdžiui, kristalinis chelidoninas, kai kurie manganu aktyvuoti sulfidai ir kt.). Šis švytėjimas vadinamas triboliuminescencija. Nuolat šviečiančioms kompozicijoms gaminti naudojamos medžiagos, kurios švyti esant akims nematomai radiacijai ar rentgeno spinduliams. Kaip radioaktyvioji medžiaga naudojamas, pavyzdžiui, parafinas, kurio molekulėse dalis paprasto vandenilio (protio) atomų yra pakeisti supersunkiojo radioaktyvaus vandenilio (tričio) atomais. Dėl sudėtyje esančių radioaktyviųjų elementų tokie matomi šviesos šaltiniai yra pavojingi sveikatai. Elektroliuminoforai plačiai naudojami apšvietimo inžinerijoje.
Tačiau kaip fosforiniai dažai naudojami neorganiniai arba organiniai fotoliuminoforai. Priklausomai nuo jų molekulių sužadinimo laiko, fosforai tamsoje gali švytėti kelių valandų sužadinimo laiku (parduodama daug tokių šviečiančių žaislų) arba trumpą laiką fosforai tiesiog virsta būdinga spalva. Ypač domina tokie fosforai, kurie aktyviai sugeria UV spinduliuotę. Tokiais fosforais dažyti drabužiai ryškiai „dega“ saulėje. Raudoni Ekstremalių situacijų ministerijos darbuotojų drabužiai matomi daugybę kilometrų net rūke. Fosforiniai dažai naudojami kelio ženklams ir reklamoms, gelbėjimo valtims. Tačiau yra ir netikėtų tokių fosforų panaudojimo būdų.
UV apsauga. Rinkoje yra daug kosmetikos priemonių, apsaugančių žmogų nuo žalingos UV spinduliuotės, pavyzdžiui, kremai nuo saulės. Pagrindiniai šių produktų aktyvieji komponentai yra UV absorberiai – tie patys fosforai, kurie sugeria kenksmingą kietąją spinduliuotę.
Tačiau nuo ultravioletinių spindulių reikia saugoti ne tik žmogaus organizmą. UV absorberiai – šviesos stabilizatoriai – plačiai naudojami polimerų apsaugai. Pavyzdys yra Tinuvinas. Nesužadintoje būsenoje tarp hidroksilo grupės vandenilio ir artimiausio azoto atomo susidaro stabili vandenilio jungtis. Jo stabilumą lemia stabilaus šešiakampio susidarymas. UV spinduliuotės kvanto sugerties pakanka šiam žiedui sunaikinti. Ją atstačius energija išspinduliuojama, tačiau tai jau ne žalinga ultravioletinė, o saugi infraraudonoji spinduliuotė. (Visų metalinių objektų paviršius, veikiamas aplinką yra sunaikintas. Jų apsauga efektyviausia naudojant spalvotus pigmentus: aliuminio miltelius, cinko dulkes, raudoną šviną, chromo oksidą).
Optiniai balikliai. Kiekvienas iš jūsų turėjote pastebėti, kad diskotekoje, įjungus specialų foninį apšvietimą, balti žmonių marškiniai ir palaidinės pradeda ryškiai švytėti mėlyna spalva. Balto popieriaus lapas spindės dar ryškiau. Tai reiškia, kad į jūsų drabužių ir popieriaus audinį buvo pridėta specialių fosforo – optinių baliklių. Jų veikimas panašus į įprastos „mėlynos spalvos“, kuri anksčiau buvo pilama į vandenį skalbimo metu, balinant drabužius. Šiandien balinimo tikslais į skalbimo miltelių sudėtį įvedamos medžiagos, suteikiančios audiniui melsvą fluorescenciją.
Geltoną papildanti mėlyna spalva „nužudo“ audinio geltonumą. Tą patį daro ir fosforas, kuris UV spinduliuotę paverčia spinduliuote. mėlynos spalvos. Tuo pačiu metu jis apsaugo medžiagą nuo ultravioletinių spindulių.
Fosforas šiltnamio plėvelei.Įprasta šiltnamio plastikinė plėvelė jau pasenusi (beje, „šiltnamio efektas“ atsiranda dėl to, kad UV ir matomi spinduliai pro polietileno sluoksnį praeina beveik be nuostolių, o polietilenas yra nepermatomas šiluminiams infraraudoniesiems spinduliams iš dirvožemio paviršiaus) . Yra naujų fotokonvertuojančių plėvelių, kurios saulėje šviečia raudonai. Jį skleidžia specialus europio oksido pagrindu susintetintas fosforas, kuris žalią, mėlyną ir UV spinduliuotę paverčia raudona. Žinoma, tai labai gražu, ne dėl grožio.
Pradiniame vystymosi etape augalui reikia daug raudonos spalvos, kad užaugtų žalia masė (lapai). Tai yra fosforo paskirtis. Jis turi sudėtingą struktūrą, kuri laipsniškai paverčia UV spinduliuotę reikiama raudona spalva. Todėl raudonos spalvos kiekis šviesoje, krintančioje ant augalų lapų, kelis kartus padidėja, todėl padidėja šiltnamio efektą sukeliančių augalų derlius. Tiesa, atėjus vaisių nokinimo laikui, tokią plėvelę reikėtų pakeisti mėlyna. Priešingai, jis sugeria raudonus spindulius. Lapai nustoja augti, visa augalo energija nukreipiama į vaisių augimą.
Prarasta upė. Fluorescencija aiškiai matoma net 1 g radomino 6G ištirpus 100 000 litrų vandens. Požeminio vandens srovių krypčiai nustatyti naudojamas fosforo gebėjimas būti neįprastai lengvai aptinkamas esant nereikšmingoms koncentracijoms. Pavyzdys – Dunojaus „dingimo“ klausimo sprendimas. Šios upės aukštupyje, netoli Immedingeno geležinkelio stoties, dauguma Dunojaus vanduo prarandamas puriose kalkakmenio uolienose. Siekiant nustatyti vandens judėjimo kryptį 1877 m., prie šios stoties į Dunojų buvo supilta 10 kg fluoresceino. Po 60 valandų vienas iš atvirų stulpų mažoje upėje aptiko ryškią fluorescenciją. Šiais laikais ši fosforo savybė pasirodė esanti labai naudinga atliekant aplinkosaugos patikrinimus dėl nuotėkio ir nuotekų susidarymo. Nepamirškime apie dokumentų ir, galiausiai, banknotų, fosforo spausdinimo apsaugos sistemą.
kvantiniai taškai. Mikroorganizmų absorbuojamos fosforo nanodalelės (kvantiniai taškai) su maistinės terpės, leidžia atsekti jų judėjimą ir vystymąsi gyvame organizme. Piktybinių ląstelių selektyvus tokių dalelių įsisavinimas jau naudojamas diagnozuojant vėžį ir kitas ligas ankstyvoje stadijoje.
Be aukščiau aprašytų, yra daug įdomių dažiklių. Pavyzdžiui, buvo sukurti fotochrominiai dažai, kurie keičia spalvą didėjant UV spindulių dozei, kylant temperatūrai ir veikiant elektriniam laukui. Yra dažiklių, kurie atspindinčioje ir praleidžiamoje šviesoje filmuojasi skirtingai. Galima parašyti didelį straipsnį apie interferencinį dažymą daugiasluoksniais perlamutriniais pigmentais, apie holografinį dažymą, apie skystųjų kristalų struktūrų naudojimą, apie skaitmeninę spausdinimą ir dar daugiau.
Nepaisant to, kad yra žinomos pagrindinės chromoforų molekulių kūrimo taisyklės, naujų dažų atradimą net ir šiandien kartais nulemia laimingas nelaimingas atsitikimas. Dažų technologija yra ir chemija, ir fiziologija, ir menas.
5. Pagrindiniai spalvų suvokimo modeliai:
Pantelejevas Pavelas Aleksandrovičius
Straipsnyje paaiškinama spalvos atsiradimas įvairiuose junginiuose, taip pat tiriamos chameleoninių medžiagų savybės.
Parsisiųsti:
Peržiūra:
Spalvų chemija. Medžiagos-chameleonai
Skyrius: gamtos mokslai
Užbaigė: Pantelejevas Pavelas Nikolajevičius,
Mokinys 11 „A“ klasė
Vidurio vidurinė mokykla №1148
juos. F. M. Dostojevskis
Lektorius: Karmatskaya Lyubov Aleksandrovna
1. Įvadas. 2 puslapis
2. Spalvos pobūdis:
2.1. organinės medžiagos; 3 puslapis
2.2. neorganinių medžiagų. 4 psl
3. Aplinkos įtaka spalvai. 5 psl
4. Medžiagos-chameleonai. 7 psl
5. Eksperimentinė dalis:
5.1. Chromato perėjimas į dichromatą ir atvirkščiai; 8 psl
5.2. Chromo (VI) druskų oksidacinės savybės; 9 psl
5.3. Etanolio oksidavimas chromo mišiniu. 10 psl
6. Fotochromizmas. 10 psl
7. Išvados. 13 psl
8. Naudotų šaltinių sąrašas. 14 psl
1. Įvadas.
Iš pirmo žvilgsnio gali atrodyti sunku paaiškinti spalvos prigimtį. Kodėl medžiagos turi skirtingos spalvos? Kaip išvis atsiranda spalva?
Įdomu tai, kad būtybės gyvena vandenyno gelmėse, kurių kūne teka kraujas mėlyna spalva. Vienas iš šių atstovų yra holoturiečiai. Tuo pačiu metu jūroje sugautų žuvų kraujas yra raudonas, kaip ir daugelio kitų stambių būtybių kraujas.
Kas lemia įvairių medžiagų spalvą?
Visų pirma, spalva priklauso ne tik nuo to, kaip medžiaga nuspalvinta, bet ir nuo to, kaip ji apšviesta. Juk tamsoje viskas atrodo juoda. Spalvą taip pat lemia medžiagoje vyraujančios cheminės struktūros: pavyzdžiui, augalų lapų spalva yra ne tik žalia, bet ir mėlyna, violetinė ir kt. Taip yra dėl to, kad tokiuose augaluose, t. priedas prie chlorofilo, kuris suteikia žalią spalvą, vyrauja kiti junginiai.
Mėlynas holoturų kraujas paaiškinamas tuo, kad pigmente, kuris suteikia kraujo spalvą, vietoj geležies yra vanadžio. Būtent jo junginiai suteikia mėlyną spalvą skysčiui, esančiam holoturijose. Gelmėse, kuriose jie gyvena, deguonies kiekis vandenyje yra labai mažas ir jie turi prisitaikyti prie šių sąlygų, todėl organizmuose atsirado junginių, kurie visiškai skiriasi nuo oro aplinkos gyventojų.
Tačiau į aukščiau pateiktus klausimus dar neatsakėme. Šiame darbe pasistengsime į juos pateikti išsamius, išsamius atsakymus. Norėdami tai padaryti, reikia atlikti keletą tyrimų.
Šio darbo tikslas bus paaiškinti spalvos atsiradimą įvairiuose junginiuose, taip pat ištirti chameleoninių medžiagų savybes.
Pagal tikslą buvo keliamos užduotys
Apskritai spalva yra šviesos sąveikos su materijos molekulėmis rezultatas. Šis rezultatas paaiškinamas keliais procesais:
* šviesos pluošto magnetinių virpesių sąveika su materijos molekulėmis;
* selektyvus tam tikrų šviesos bangų sugertis molekulėmis su skirtingos struktūros;
* spindulių, atsispindėjusių ar praeinančių per medžiagą, esančią tinklainėje arba optiniame įrenginyje, poveikis.
Spalvos paaiškinimo pagrindas yra elektronų būsena molekulėje: jų judrumas, galimybė pereiti iš vieno energijos lygio į kitą, pereiti nuo vieno atomo į kitą.
Spalva siejama su elektronų judumu medžiagos molekulėje ir su galimybe elektronams judėti į dar laisvą lygį, kai sugeria šviesos kvanto energiją (elementarioji šviesos spinduliuotės dalelė).
Spalva atsiranda dėl šviesos kvantų sąveikos su elektronais medžiagos molekulėse. Tačiau dėl to, kad metalų ir nemetalų, organinių ir neorganinių junginių atomų elektronų būklė skiriasi, skiriasi ir spalvos atsiradimo medžiagose mechanizmas.
2.1 Organinių junginių spalva.
Dėl organinių medžiagų, kurios turi spalvą (ir ne visos turi šią savybę), molekulės yra panašios sandaros: dažniausiai yra didelės, susidedančios iš dešimčių atomų. Dėl spalvos atsiradimo šiuo atveju svarbu ne atskirų atomų elektronai, o visos molekulės elektronų sistemos būsena.
Įprastas saulės šviesa yra elektromagnetinių bangų srautas. Šviesos bangai būdingas jos ilgis – atstumas tarp gretimų maksimumų arba dviejų gretimų lovių. Jis matuojamas nanometrais (nm). Kuo trumpesnė banga, tuo didesnė jos energija, ir atvirkščiai.
Medžiagos spalva priklauso nuo to, kokias matomos šviesos bangas (spindulius) ji sugeria. Jei saulės spinduliai medžiaga visiškai nesugeria, o atsispindi ir išsisklaido, tada medžiaga atrodys balta (bespalvė). Jei medžiaga sugeria visus spindulius, ji atrodo juoda.
Tam tikrų šviesos spindulių sugerties arba atspindžio procesas yra susijęs su medžiagos molekulės struktūrinėmis savybėmis. Šviesos srauto sugertis visada yra susijusi su energijos perdavimu medžiagos molekulės elektronams. Jei molekulėje yra s-elektronų (formuojasi sferinis debesis), tada jiems sužadinti ir perkelti į kitą energijos lygį reikia daug energijos. Todėl junginiai su s-elektronais visada atrodo bespalviai. Tuo pačiu metu p-elektronai (formuojantis debesį aštuonių figūrų pavidalu) lengvai susijaudina, nes jų užmezgamas ryšys yra ne toks stiprus. Tokie elektronai yra konjuguotose molekulėse dvigubi ryšiai. Kuo ilgesnė konjugacijos grandinė, tuo daugiau p-elektronų ir tuo mažiau energijos reikia jiems sužadinti. Jei matomos šviesos bangų energijos (bangos ilgis nuo 400 iki 760 nm) pakanka elektronams sužadinti, tada atsiranda spalva, kurią matome. Molekulės sužadinimui išeikvotus spindulius ji sugers, o nesugertus spindulius mes suvoksime kaip medžiagos spalvą.
2.2 Neorganinių medžiagų spalva.
Dėl neorganinių medžiagųspalva atsiranda dėl elektroninių perėjimų ir krūvio perdavimo iš vieno elemento atomo į kito atomą. Čia lemiamą vaidmenį atlieka išorinis elemento elektroninis apvalkalas.
Kaip ir organinėse medžiagose, čia spalvos atsiradimas siejamas su šviesos absorbcija ir atspindžiu.
Apskritai medžiagos spalva yra atspindėtų bangų (arba tų, kurios nedelsdamos praėjo per medžiagą) suma. Tuo pačiu metu medžiagos spalva reiškia, kad ji sugeria tam tikrus kvantus iš viso matomos šviesos bangų ilgių diapazono. Spalvotų medžiagų molekulėse elektronų energijos lygiai yra arti vienas kito. Pavyzdžiui, medžiagos: vandenilis, fluoras, azotas – mums atrodo bespalvės. Taip yra dėl to, kad jie nesugeria matomos šviesos kvantų, nes jie negali perduoti elektronų daugiau aukštas lygis. Tai yra, per šias medžiagas praeina ultravioletiniai spinduliai, kurių žmogaus akis nesuvokia, todėl pačios medžiagos mums neturi spalvos. Spalvotose medžiagose, pavyzdžiui, chloro, bromo, jodo, elektroniniai lygiai yra arčiau vienas kito, todėl juose esantys šviesos kvantai gali perkelti elektronus iš vienos būsenos į kitą.
Patirtis. Metalo jonų įtaka junginių spalvai.
Prietaisai ir reagentai: keturi mėgintuvėliai, vanduo, geležis(II), kobaltas(II), nikelis(II), vario(II) druskos.
Patirties vykdymas. Į mėgintuvėlius supilkite 20-30 ml vandens, įpilkite po 0,2 g geležies, kobalto, nikelio ir vario druskų ir maišykite, kol ištirps. Geležies tirpalo spalva tapo geltona, kobalto – rausva, nikelio – žalia, vario – mėlyna.
Išvada: Kaip žinoma iš chemijos, šių junginių struktūra yra vienoda, tačiau jie turi skirtingą d-elektronų skaičių: geležies - 6, kobalto - 7, nikelio - 8, vario - 9. Šis skaičius turi įtakos junginių spalvai. Todėl galite pamatyti spalvų skirtumą.
3. Aplinkos įtaka spalvai.
Tirpale esantys jonai yra apsupti tirpiklio apvalkalo. Tokių molekulių sluoksnis, esantis tiesiai prie jono, vadinamassprendimo apvalkalas.
Tirpaluose jonai gali veikti ne tik vienas kitą, bet ir juos supančias tirpiklio molekules, o tos, savo ruožtu, jonus. Ištirpinus ir dėl solvatacijos, anksčiau bespalviame jone atsiranda spalva. Vandens pakeitimas amoniaku pagilina spalvą. Amoniako molekulės lengviau deformuojasi ir sustiprėja spalvos intensyvumas.
Dabar Palyginkime vario junginių spalvos intensyvumą.
Patirtis Nr.3.1. Vario junginių spalvos intensyvumo palyginimas.
Prietaisai ir reagentai: keturi mėgintuvėliai, 1% CuSO tirpalas 4, vanduo, HCl, amoniako tirpalas NH 3, 10 % kalio heksacianoferato(II) tirpalas.
Patirties vykdymas. Į vieną mėgintuvėlį įpilkite 4 ml CuSO 4 ir 30 ml vandens O, kitose dviejose – 3 ml CuSO 4 ir 40 ml vandens O. Į pirmąjį mėgintuvėlį įpilkite 15 ml koncentruoto HCl - pasirodo geltonai žalia spalva, į antrąjį - 5 ml 25% amoniako tirpalo - mėlyna spalva, į trečią - 2 ml 10% tirpalo. kalio heksacianoferatas(II) – stebime raudonai rudas nuosėdas. Į paskutinį mėgintuvėlį įpilkite CuSO tirpalo 4 ir palikti valdyti.
2+ + 4Cl - ⇌ 2- + 6H 2O
2+ + 4NH3⇌2+ + 6H2O
2 2 + 4- ⇌ Cu 2 + 12 H 2 O
Išvada: sumažėjus reagento kiekiui (dalyvaujančių medžiagų cheminė reakcija ) reikalingas junginiui susidaryti, spalvos intensyvumas didėja. Susidarius naujiems vario junginiams, vyksta krūvio perdavimas ir spalvos pasikeitimas.
4. Medžiagos-chameleonai.
„Chameleono“ sąvoka pirmiausia žinoma kaip biologinis, zoologinis terminas, reiškiantisroplys, kuris dirginamas gali keisti odos spalvą, pakeisti aplinkos spalvą ir pan.
Tačiau „chameleonų“ galima rasti ir chemijoje. Taigi koks ryšys?
Grįžkime prie chemijos:
Chameleoninės medžiagos – medžiagos, kurios cheminių reakcijų metu keičia spalvą ir rodo tiriamos aplinkos pokyčius. Išryškiname bendrą – spalvos (spalvos) pasikeitimą. Tai ir sieja šias sąvokas. Chameleoninės medžiagos žinomos nuo seniausių laikų. Senuose vadovuose cheminė analizė natrio sulfito Na kiekiui nežinomos sudėties mėginiuose nustatyti rekomenduojama naudoti „chameleono tirpalą“. 2 SO 3 , vandenilio peroksidas H 2O2 arba oksalo rūgštis H 2 C 2 O 4 . "Chameleono tirpalas" yra kalio permanganato KMnO tirpalas 4
, kuri cheminių reakcijų metu, priklausomai nuo terpės, įvairiai keičia savo spalvą. Pavyzdžiui, rūgščioje aplinkoje ryškiai violetinis kalio permanganato tirpalas tampa bespalvis dėl to, kad iš MnO permanganato jonų. 4
-
susidaro katijonas, t.y.teigiamai įkrautas jonas Mn 2+ ; stipriai šarminėje terpėje iš ryškiai violetinės spalvos MnO 4
- pasirodo žalias manganato jonas MnO 4
2-
. O neutralioje, silpnai rūgštinėje arba silpnai šarminėje aplinkoje galutinis reakcijos produktas bus netirpios juodai rudos mangano dioksido MnO nuosėdos. 2
.
Priduriame, kad dėl savo oksiduojančių savybių,tie. gebėjimas paaukoti arba paimti elektronus iš kitų elementų atomų,ir vizualiai keičiasi cheminių reakcijų spalva, kalio permanganatas buvo plačiai pritaikytas cheminėje analizėje.
Taigi šiuo atveju kaip indikatorius naudojamas „chameleono tirpalas“ (kalio permanganatas), t.y.medžiaga, kuri rodo cheminės reakcijos buvimą arba pokyčius, įvykusius tiriamoje terpėje.
Yra ir kitų medžiagų, vadinamų „chameleonais“. Mes apsvarstysime medžiagas, kuriose yra elemento chromas Cr.
Kalio chromatas – neorganinis junginys, metalo druskakalio ir chromo rūgštis su formule K 2 CrO 4 , geltoni kristalai, tirpūs vandenyje.
Kalio bichromatas (kalio bichromatas, kalio chromo smailė) - K 2Cr2O7 . neorganinis junginys, oranžiniai kristalai, tirpūs vandenyje. Labai toksiška.
5. Eksperimentinė dalis.
Patirtis Nr.5.1. Chromato perėjimas į dichromatą ir atvirkščiai.
Prietaisai ir reagentai: kalio chromato tirpalas K 2 CrO 4 , kalio bichromato tirpalas K 2Cr2O7 , sieros rūgštis, natrio hidroksidas.
Patirties vykdymas. Į kalio chromato tirpalą pridedama sieros rūgšties, todėl tirpalo spalva pasikeičia iš geltonos į oranžinę.
2K 2 CrO 4 + H 2 SO 4 \u003d K 2 Cr 2 O 7 + K 2 SO 4 + H 2 O
Į kalio bichromato tirpalą įpilu šarmo, dėl to tirpalo spalva pasikeičia iš oranžinės į geltoną.
K 2 Cr 2 O 7 + 4NaOH \u003d 2Na 2 CrO 4 + 2KOH + H 2 O
Išvada: rūgščioje aplinkoje chromatai yra nestabilūs, jonas geltona spalva virsta Cr jonu 2 O 7 2- oranžinė, o šarminėje terpėje reakcija vyksta priešinga kryptimi:
2 Kr 2 O 4 2- + 2H + rūgštinė terpė - šarminė terpė Cr 2 O 7 2- + H 2 O.
Chromo (VI) druskų oksidacinės savybės.
Prietaisai ir reagentai: kalio bichromato tirpalas K 2Cr2O7 , natrio sulfito tirpalas Na 2 SO 3 , sieros rūgštis H 2 SO 4 .
Patirties vykdymas. Prie sprendimo K 2Cr2O7 , parūgštinama sieros rūgštimi, įpilama Na tirpalo 2 SO 3. Stebime spalvos pasikeitimą: oranžinis tirpalas tapo žaliai mėlynas.
Išvada: Rūgščioje aplinkoje natrio sulfitas redukuoja chromą iš chromo (VI) į chromą (III): K 2 Cr 2 O 7 + 3Na 2 SO 3 + 4H 2 SO 4 \u003d K 2 SO 4 + Cr 2 (SO 4) 3 + 3Na 2 SO 4 + 4H 2 O.
Patirtis Nr.5.4. Etanolio oksidavimas chromo mišiniu.
Prietaisai ir reagentai: 5% kalio dichromato tirpalas K 2Cr2O7 , 20 % sieros rūgšties H 2 SO 4 , etanolis(etanolis).
Eksperimento atlikimas: Į 2 ml 5% kalio bichromato tirpalo įpilkite 1 ml 20% sieros rūgšties tirpalo ir 0,5 ml etanolio. Stebime stiprų tirpalo tamsėjimą. Tirpalą skiedžiame vandeniu, kad geriau matytume jo atspalvį. Gauname geltonai žalią tirpalą.
Į 2 Cr 2 O 7 + 3C 2 H 5 OH + H 2 SO 4 → 3CH 3 -COH + Cr 2 O 3 + K 2 SO 4 + 4H 2 O
Išvada: rūgščioje aplinkoje etilo alkoholis oksiduojamas kalio bichromatu. Taip susidaro aldehidas. Ši patirtis rodo cheminių chameleonų sąveiką su organinėmis medžiagomis.
Patirtis 5.4. aiškiai iliustruoja principą, pagal kurį veikia indikatoriai, aptinkantys alkoholį organizme. Principas pagrįstas specifine fermentine etanolio oksidacija, kurią lydi vandenilio peroksido (H) susidarymas 2 O 2 ), dėl kurio susidaro spalvotas chromogenas,tie. organinės medžiagos, turinčios chromoforų grupę (cheminė grupė, susidedanti iš anglies, deguonies, azoto atomų).
Taigi šie rodikliai vizualiai (spalvų skalėje) parodo alkoholio kiekį žmogaus seilėse. Jie naudojami gydymo įstaigose, nustatant alkoholio vartojimo ir apsvaigimo faktus. Rodiklių apimtis – bet kokia situacija, kai būtina nustatyti alkoholio vartojimo faktą: atlikti transporto priemonių vairuotojų patikrinimus prieš kelionę, kelių policijos pareigūnų nustatyti neblaivius vairuotojus keliuose, naudojant juos avarinėje diagnostikoje kaip savikontrolės priemonę, ir tt
6. Fotochromizmas.
Susipažinkime su įdomus reiškinys, kur taip pat pakinta medžiagų spalva, fotochromizmas.
Šiandien akiniai su chameleoniniais akiniais vargu ar ką nors nustebins. Tačiau neįprastų medžiagų, kurios keičia spalvą priklausomai nuo šviesos, atradimo istorija yra labai įdomi. 1881 m. anglų chemikas Phipsonas gavo laišką iš savo draugo Thomaso Griffitho, kuriame aprašomi jo neįprasti stebėjimai. Griffithas rašė, kad priešais jo langus esančios pašto durys dienos metu keičia spalvą – patamsėja saulei esant zenite, o sutemus pašviesėja. Susidomėjęs pranešimu, Phipsonas apžiūrėjo litoponą – dažus, kuriais buvo dažytos pašto durys. Jo draugo pastebėjimas pasitvirtino. Phipson negalėjo paaiškinti reiškinio priežasties. Tačiau daugelis tyrinėtojų rimtai domisi grįžtama spalvų reakcija. O XX amžiaus pradžioje pavyko susintetinti keletą organinių medžiagų, vadinamų „fotochromais“, tai yra „šviesai jautriais dažais“. Nuo Phipson laikų mokslininkai daug sužinojo apie fotochromus -Medžiagos, kurios keičia spalvą veikiant šviesai.
Fotochromizmas arba tenebescencija yra grįžtamas medžiagos spalvos pasikeitimas, veikiant matomai šviesai, ultravioletiniams spinduliams.
Šviesos poveikis sukelia fotochrominę medžiagą, atominiai persitvarkymai, elektroninių lygių populiacijos kitimas. Lygiagrečiai pasikeitus spalvai, medžiaga gali keisti savo lūžio rodiklį, tirpumą, reaktyvumą, elektrinį laidumą ir kitas chemines bei fizines savybes. Fotochromizmas būdingas ribotam skaičiui organinių ir neorganinių, natūralių ir sintetinių junginių.
Yra cheminis ir fizinis fotochromizmas:
- cheminis fotochromizmas: intramolekulinės ir tarpmolekulinės grįžtamosios fotocheminės reakcijos (tautomerizacija (grįžtamoji izomerija), disociacija (skilimas), cis-trans-izomerizacija ir kt.);
- fizinis fotochromizmas: atomų ar molekulių perėjimo į skirtingas būsenas rezultatas. Šiuo atveju spalvos pasikeitimas atsiranda dėl elektroninių nivelyrų populiacijos pasikeitimo. Toks fotochromizmas pastebimas, kai medžiaga veikia tik galingus šviesos srautus.
Fotochromai gamtoje:
- Mineralinis tugtupit gali pakeisti spalvą nuo baltos arba šviesiai rožinės iki ryškiai rožinės.
Fotochrominės medžiagos
Yra šių tipų fotochrominės medžiagos: skysti tirpalai ir polimerinės plėvelės (stambiamolekuliniai junginiai) kurių sudėtyje yra fotochrominių medžiagų organiniai junginiai, stiklinės su sidabro halogenido mikrokristalais, tolygiai paskirstytais tūryje (sidabro junginiai su halogenais), fotolizė ( suyra nuo šviesos) kuris sukelia fotochromizmą; Šarminių ir šarminių žemių metalų halogenidų kristalai, aktyvuoti įvairiais priedais (pvz., CaF 2 /La,Ce; SrTiO 3 /Ni,Mo).
Šios medžiagos naudojamos kaip kintamo optinio tankio šviesos filtrai (tai yra reguliuojantys šviesos srautą) akių apsaugai ir įrenginiuose nuo šviesos spinduliuotės, lazerinėse technologijose ir kt.
Fotochrominiai lęšiai
Šviesoje veikiamas fotochrominis lęšis, iš dalies padengtas popieriumi. Antrasis spalvos lygis matomas tarp šviesiosios ir tamsiosios dalių, nes fotochrominės molekulės yra abiejuose lęšio paviršiuose. polikarbonatas ir kt plastikai . Fotochrominiai lęšiai paprastai patamsėja esant UV spinduliams ir pašviesėja, kai jo nėra, greičiau nei per minutę, tačiau pilnas perėjimas iš vienos būsenos į kitą įvyksta nuo 5 iki 15 minučių.
Išvados.
Taigi, įvairių junginių spalva priklauso nuo:
* nuo šviesos sąveikos su materijos molekulėmis;
* organinėse medžiagose spalva atsiranda dėl elemento elektronų sužadinimo ir jų perėjimo į kitus lygius. Svarbi visos didelės molekulės elektronų sistemos būsena;
* neorganinėse medžiagose spalva atsiranda dėl elektroninių perėjimų ir krūvio perkėlimo iš vieno elemento atomo į kito atomą. Svarbų vaidmenį atlieka išorinis elemento elektroninis apvalkalas;
* turi įtakos junginio spalvai išorinė aplinka;
*svarbus vaidmuo vaidina elektronų skaičių junginyje.
Naudotų šaltinių sąrašas
1. Artemenko A. I. „Organinė chemija ir žmogus“ ( teorinis pagrindas, išplėstinis kursas). Maskva, „Švietimas“, 2000 m.
2. Fadejevas G. N. „Chemija ir spalva“ (knyga, skirta popamokinis skaitymas). Maskva, „Švietimas“, 1977 m.