Chemia, która zmienia kolor na mrozie. Chemiczna esencja koloru
Farba termochromowa jest nowoczesny materiał, za pomocą których powstają niezwykłe powłoki, które mogą zmieniać kolor pod wpływem różnych temperatur. Dzięki temu, związki termoczułe znalazły szerokie zastosowanie w różnych gałęziach przemysłu, od produkcji pamiątek po malowanie samochodów.
Właściwości substancji czynnej
Substancją czynną w kompozycji jest pigment termochromowy. To on zapewnia reakcję powłoki na ogrzewanie lub chłodzenie, której towarzyszy zmiana koloru. Amplituda wahań temperatury wynosi 15–70 °C.
Wartość, przy której rozpoczyna się reakcja, jest indywidualna dla każdej konkretnej kompozycji.
KATO_Katosha - Włosy Kameleona (PRAVANA VIVIDS Mood Color)
PRAVANA VIVIDS Mood Color to pierwszy na świecie pigment, który zmienia kolor włosów w zależności od temperatury. TO JEST...
Pigmenty termochromowe zawarte są w materiale w postaci ciekłych kryształów, zamkniętych w mikrokapsułkach, co umożliwia ich mieszanie z różnymi roztworami, takimi jak farby olejne, gumowe czy akrylowe. Substancja czynna zwykle stanowi od 5 do 30% całkowitej masy środka barwiącego. fundusze; liczba ta zależy od pożądanego rezultatu.
Rodzaje farb termicznych
Związki termochromowe dzielą się na dwie grupy:
- zwrotny,
- nieodwołalny.
Do tych pierwszych należą powłoki, które dają odwracalny efekt wizualny, to znaczy są w stanie zmienić odcień i powrócić do pierwotnego stanu, gdy temperatura wróci do normy. Ta „sztuczka” powtarza się wiele razy.
W drugim przypadku farba zmienia kolor raz i ostatecznie powłoka nie będzie już reagować na ciepło lub zimno.
Obszary zastosowania
Atramenty termochromowe typu Return są stosowane szerzej niż ich „jednorazowe” odpowiedniki. Materiały te zyskały dużą popularność wśród właścicieli samochodów, którzy chcą, aby ich samochód był oryginalny pod względem wyglądu zewnętrznego.
pokrywa samochodów
Farba termoczuła to wybawienie dla tych, którzy lubią eksperymentować i być kreatywnym w pielęgnacji samochodu. Każdy może własnoręcznie stworzyć nowy ciekawy wizerunek swojego żelaznego konia, ponieważ praca z farbą zmieniającą kolor nie jest trudna. Można go nawet nakładać zwykłym pędzlem lub wałkiem, chociaż najlepszą opcją do malowania karoserii jest oczywiście spryskiwacz.
Materiał termochromowy może być nie tylko atrakcją wystroju, ale także pełnić ważną funkcję praktyczną: jeśli po podgrzaniu powłoka samochodu stanie się biała lub inny jasny odcień, wówczas w czasie upałów nadwozie będzie w stanie odbijać promienie słoneczne i powierzchnia samochód mniej się przegrzeje.
Aby stworzyć złożony efekt wizualny, możesz zastosować następującą technikę: pomaluj samochód kilkoma warstwami farby termicznej, używając kompozycji o różnych progach temperaturowych. Jak jasneściana ze starej farby w domu? Dodanie „magii” pomoże rysunkom wykonanym za pomocą szablonu lub nałożonym ręcznie (jeśli są zadatki artysty).
Farby zmieniające kolor pod wpływem temperatury Samochód, do konstrukcji którego po mistrzowsku zastosowano farby termoczułe, po prostu nie może pozostać niezauważony w strumieniu innych samochodów!
Ciesząc się z możliwości udekorowania swojego pojazdu, warto wiedzieć, że farba termochromowa ma też pewne wady:
- niska odporność na światło: aby chronić powłokę karoserii przed szkodliwym działaniem promieniowania ultrafioletowego, będziesz musiał nałożyć warstwę specjalnego lakieru i wyposażyć parking w zadaszenie (najlepszą opcją jest garaż);
- w przypadku uszkodzenia mechanicznego wymagane będzie całkowite przemalowanie maszyny;
- trudności w zarejestrowaniu samochodu, który nie ma trwałego koloru;
- termoczuły barwnik- drogi materiał.
Naczynia zmieniające kolor
Kubek do herbaty lub kawy, na powierzchni którego pojawia się zabawny napis lub rysunek, gdy dostanie się do niego gorący napój, jest dobrym niezapomnianym prezentem. Ciekawym detalem nakrycia stołu jest półmisek z przekąskami z wyłaniającym się wzorem. Farba, która zmienia kolor wraz z temperaturą do rysowania?
Różnorodne naczynia dla dzieci, które dają sygnał wizualny, gdy owsianka lub mleko są zbyt gorące, są przydatne w codziennym życiu młodych matek.
Ważne: farby termochromowe nie zawierają substancji toksycznych, a naczynia malowane tymi materiałami są bezpieczne dla zdrowia.
odzież
Przemysł tekstylny stosuje również kompozycje, które zmieniają kolor w zależności od temperatury. Tak więc zwykła koszulka noszona na ciele może zaskoczyć modnym nadrukiem, a na jeansach pojawi się stylowy wzór lub metka.
Pamiątki i elementy wystroju
W tej branży otwiera się niezwykle szeroki zakres zastosowania materiałów termochromowych: świąteczne zabawki i girlandy, inne akcesoria świąteczne, oryginalne lampy i świeczniki, breloki, artykuły papiernicze prezentowe i inne. Wspaniałą rzeczą jest to, że wiele rzeczy można zrobić i pomalować własnymi rękami, na przykład namalować obraz lub stworzyć panel z „tajemnicą”.
Produkty drukowane
Wizytówki, które „ożywają” za dotknięciem ciepłych dłoni, broszury reklamowe lub czasopisma promujące perfumy (pocieraj stronę!), książeczki z obrazkami dla dzieci, pocztówki - wszystko to często jest produkowane przy użyciu związków wrażliwych na ciepło, ponieważ ich paleta kolorów jest dość bogaty.
Ogólnie rzecz biorąc, każdy może samodzielnie znaleźć oryginalne zastosowanie tych niezwykłych materiałów w życiu codziennym, wykazując się wyobraźnią i przy niewielkim wysiłku.
Dodatkowe informacje:
Kolejną zaletą farby termochromowej jest cena. Jest dość niski, biorąc pod uwagę właściwości tego materiału (1500 rubli za 25-gramowy słoik, co wystarcza na długi czas). Takie rozwiązania przyciągają klientów i są doskonałym posunięciem reklamowym.
- Poniżej +20 stopni - do nakładania substancji na naczynia, która będzie używana do napojów bezalkoholowych.
- + 29 ... + 31 stopni - nadaje się do powierzchni, które pod wpływem temperatury ciała (pod wpływem dotyku) zmienią kolor. Wykorzystanie tego efektu jest szeroko stosowane w reklamie, na koszulkach, w magazynach i broszurach.
- Powyżej +43 stopni - materiały przeznaczone na produkty, które będą oddziaływać z gorącymi temperaturami (naczynia na gorące napoje). W tym przypadku efekt zmiany koloru pełni nie tylko funkcję dekoracyjną, ale także ostrzegawczą.
Do aplikacji na kubki stosuje się farbę termochromową z barierą poniżej +20 stopni Celsjusza.
Zazwyczaj pigmenty termochromowe są toksyczne i są wykorzystywane tylko w ograniczonym zakresie, ale twórcom The Unseen udało się pozbyć tego problemu, znajdując i syntetyzując podobne, ale nieszkodliwe substancje. Jak zmienić kolor farby w domu? Zmiana temperatury powoduje, że cząsteczki te przyjmują taką lub inną konformację przestrzenną, zmieniając widmo pochłanianego promieniowania.
W zależności od konkretnej farby w zestawie może się to zdarzyć w różnych temperaturach. Na przykład „zimny” niebieski i biały przechodzący w siebie około 15 ° C, a „gorący” czerwony i czarny - przy 31 ° C.
Boker opracował kilka barwników, które zmieniają swój kolor w różnych zakresach temperatur. Punkty przejścia odpowiadają przejściu między temperaturą pokojową a temperaturą zewnętrzną lub odpowiadają temperaturze ludzkiego ciała. Wśród opracowanych kompozycji jest farba czarna, która pod wpływem gorącego powietrza zmienia kolor na czerwony, farby zmieniające kolor z czarnego na biały, ze srebrnego na jasnoniebieski, z niebieskiego na biały iz czarnego na żółty.
Aby stworzyć złożony efekt wizualny, możesz zastosować następującą technikę: pomaluj samochód kilkoma warstwami farby termicznej, używając kompozycji o różnych progach temperaturowych. Dodanie „magii” pomoże rysunkom wykonanym za pomocą szablonu lub nałożonym ręcznie (jeśli są zadatki artysty). Samochód, do konstrukcji którego po mistrzowsku zastosowano farby termoczułe, po prostu nie może pozostać niezauważony w strumieniu innych samochodów!
Ale już pierwsze próbki w filmach promocyjnych pozwalają wyobrazić sobie efekt zastosowania takiej farby do włosów. Gdy loki - pod wpływem temperatury z suszarki do włosów zmieniają odcienie z ciemnych, prawie czarnych z lekkim czerwonawym połyskiem na jaskrawoczerwone, a nawet jasnoczerwone.
Wygląda wystarczająco interesująco. Ponadto twórcy farby obiecują jej maksymalne bezpieczeństwo: że nie będzie ona bardziej szkodliwa niż konwencjonalne farby do włosów, które są dziś sprzedawane.
Farby termochromowe (termoczułe) są bardzo popularne w przemyśle spożywczym. Obraz pokryty taką farbą i umieszczony na produkcie informuje konsumenta, czy produkt osiągnął pożądaną temperaturę, np. w lodówce lub piekarniku. Farba termochromowa stosowana jest również przez producentów piwa, napojów alkoholowych (butelki, etykiety, naklejki itp.), gdzie sygnalizuje, że napój jest schłodzony, przy produkcji naczyń ceramicznych (filiżanek, szklanek, talerzy), a także jest stosowana w różnego rodzaju tworzywa sztuczne PP, PVC, ABS, guma silikonowa i inne przezroczyste lub półprzezroczyste tworzywa sztuczne do wtrysku, wytłaczania, offsetu, sitodruku, sitodruku, fleksografii.
Wszyscy mamy jakieś sztuczki. Wielu z nas zna kilka prostych magicznych sztuczek, które mogą zaskoczyć przyjaciół na imprezie lub pokazać dzieciom i rozśmieszyć. Dziś zrobimy miły eksperyment chemiczny, który może również stać się pięknym punktem centralnym.
Obejrzyjmy najpierw wideo:
Tak więc, aby przygotować nasz cudowny płyn, być może będziesz musiał udać się do apteki, ale zapewniamy - warto.
Będziemy potrzebować:
- Dwie szklanki tego samego rozmiaru;
- Dwie małe szklanki (mogą być wykonane z plastiku);
- pojemnik, do którego nalejemy ciepłą wodę;
- Łyżka, z którą będziemy mieszać;
- Skrobia ziemniaczana lub kukurydziana;
- Jeden gram witaminy C;
- Nalewka jodowa;
- Nadtlenek wodoru (3%);
- Strzykawki do dokładniejszego dozowania wszystkich składników.
Jeśli witamina C jest w postaci tabletek, należy je zmiażdżyć na proszek. Przede wszystkim dodaj gram witaminy do plastikowej szklanki i dodaj 60 ml ciepłej wody.
Następnym krokiem jest przygotowanie płynnej skrobi poprzez zmieszanie jednej łyżeczki skrobi w 150 ml zimna woda. Następnie dodaj kolejne 150 ml gorącej wody i dobrze wymieszaj.
Bierzemy dwie identyczne szklanki i wlewamy do nich 60 ml ciepłej wody.
Do pierwszej szklanki dodać 5 ml nalewki jodowej i 10-12 ml płynu z witaminą C. Po dodaniu płynu z witaminą jod całkowicie się odbarwi.
W drugiej szklance dodaj 15 ml nadtlenku wodoru i 7 ml płynnej skrobi.
Etap przygotowawczy dobiegł końca, co oznacza, że możesz przejść do samego fokusu. Bierzemy szklanki i przelewamy płyn z jednego do drugiego.
Potem wystarczy postawić jedną szklankę na stole i czekać. Płyn wkrótce zmieni kolor na ciemny. W chemii eksperyment ten jest znany jako zegar jodowy. Jeśli w najbardziej przystępny sposób określimy istotę eksperymentu, to możemy powiedzieć, że jest to rodzaj konfrontacji między skrobią, która zamienia jod w ciemną ciecz, a witaminą C, która temu zapobiega. W końcu witamina zostaje całkowicie zużyta, a płyn natychmiast zmienia kolor. Magia zadziałała. Nawiasem mówiąc, jeśli do ciemnego płynu dodasz trochę więcej proszku witaminy C, płyn ponownie na chwilę się odbarwi.
Prawdziwy strzał zmiany koloru farby do włosów pod gorącym powietrzem!
Niewidzialny / Vimeo
Pigmenty termochromowe to substancje lub mieszaniny substancji zmieniające kolor w zależności od temperatury. Wiele substancji ma tę zdolność, ale z reguły zmiana koloru wymaga bardzo wysokich temperatur i wiąże się ze zmianami fazowymi lub reakcjami chemicznymi. Istnieje kilka klas substancji, dla których właściwości termochromowe są wyraźnie widoczne i pojawiają się w niskich temperaturach. To dzięki nim w sklepach można znaleźć kubki, których wzór zmienia się pod wpływem gorącej wody, termometrów, a nawet tkanin.
Często jako termochromy wykorzystuje się ciekłe kryształy – substancje, których cząsteczki są uporządkowane w kolumny lub arkusze, nawet pomimo ciekłego stanu skupienia. Zmiany temperatury wpływają na wymiary konstrukcji, takie jak szerokość arkuszy. Znajduje to odzwierciedlenie we właściwościach optycznych materiałów. Druga klasa termochromów to barwniki organiczne, które mogą odwracalnie zmieniać swój kolor w wyniku przemian chemicznych. Przykładem takich związków są spiropirany – w strukturze ich cząsteczek znajdują się dwa pierścienie atomów połączone w jednym miejscu. Gdy zmienia się temperatura lub kwasowość medium, pierścienie mogą się otworzyć, znacznie zmieniając właściwości i kolor substancji. Jednak z reguły takie barwniki są toksyczne dla skóry, co ogranicza ich stosowanie.
Autorzy rozwoju zostali zainspirowani etap z filmu „Witchcraft”, w którym bohaterki filmu zmieniają kolor włosów jednej z nich za pomocą zaklęcia. Aby zmniejszyć toksyczność farby, twórcy zastosowali spoiwa polimerowe. „Możemy zapobiec szkodliwym skutkom tych chemikaliów poprzez proces zwany „stabilizacją polimeru”, w którym cząsteczki przypominające łańcuchy (polimery) owijają się wokół czynnika drażniącego” – mówi Lauren Bocker, założycielka firmy.
Boker opracował kilka barwników, które zmieniają swój kolor w różnych zakresach temperatur. Punkty przejścia odpowiadają przejściu między temperaturą pokojową a temperaturą zewnętrzną lub odpowiadają temperaturze ludzkiego ciała. Wśród opracowanych kompozycji jest farba czarna, która pod wpływem gorącego powietrza zmienia kolor na czerwony, farby zmieniające kolor z czarnego na biały, ze srebrnego na jasnoniebieski, z niebieskiego na biały iz czarnego na żółty.
Istnieją inne rodzaje pigmentów, które zmieniają kolor pod wpływem czynników zewnętrznych. Na przykład fotochromy zmieniają kolor pod wpływem światła, mechanochromy - podczas deformacji, elektrochromy - pod wpływem prądu elektrycznego. Oprócz wykorzystania tych substancji do dekoracji, naukowcy wykorzystują również przemiany związków do podstawowych celów. Tak więc rok temu chemicy z Niemiec i Japonii stworzyli „nożyczki” w nanoskali, które mogą odwracalnie otwierać się i zamykać pod wpływem światła. Zostały one oparte na cząsteczce DNA zmodyfikowanej fotochromowym azobenzenem.
Władimir Korolew
Oznaczanie czynników barwnych. Czym jest kolor pod względem chemicznym? Niemożliwe jest rozważenie chemicznej istoty koloru bez wiedzy właściwości fizyczne widzialne światło. Świetny angielski fizyk Jesteśmy winni I. Newtonowi wyjaśnienie zjawiska dekompozycji biały kolor na zestawie promieni widma kolorów. Każda długość fali odpowiada określonej energii, którą te fale niosą. Kolor każdej substancji zależy od długości fali, której energia dominuje w tym promieniowaniu. Kolor nieba zależy od tego, ile światła słonecznego dociera do naszych oczu. Promienie o krótkiej długości fali (niebieskie) odbijają się od cząsteczek gazów powietrza i są rozpraszane. Nasze oko je dostrzega i określa kolor nieba - niebieski, niebieski (tabela 3.).
To samo dzieje się w przypadku substancji barwiących. Jeśli substancja odbija promienie o określonej długości fali, to jest zabarwiona. Jeśli energia fal świetlnych całego widma jest jednakowo pochłaniana lub odbijana, substancja wydaje się czarna lub biała. Ludzkie oko zawiera układ optyczny: soczewkę i ciało szkliste. Siatkówka zawiera elementy światłoczułe: czopki i pręciki. Szyszki pozwalają nam rozróżniać kolory.
Tabela 3. Barwa substancji posiadających jedno pasmo absorpcji w widzialnej części widma
Tak więc to, co nazywamy kolorem, jest wynikiem dwóch zjawisk fizycznych i chemicznych: oddziaływania światła z cząsteczkami substancji oraz efektu fal wychodzących z substancji na siatkówkę oka. Więc, pierwszy czynnik tworzenie koloru - światło.
Rozważ przykłady następujących, drugi czynnik- struktura substancji.
struktura krystaliczna mają metale, mają uporządkowaną strukturę atomów i elektronów. Kolor jest związany z ruchliwością elektronów. Podczas oświetlania metali dominuje odbicie, ich kolor zależy od długości fali, którą odbijają. Biały połysk wynika z jednolitego odbicia prawie całego zestawu widzialnych promieni. To jest kolor aluminium, cynku. Złoto ma kolor czerwono-żółty, ponieważ pochłania promienie niebieskie, indygo i fioletowe. Miedź ma również czerwonawy kolor. Proszek magnezowy jest czarny, co oznacza, że substancja ta pochłania całe spektrum promieni.
Następny, trzeci czynnikiem wyglądu koloru jest stan jonowy substancji. Kolor zależy również od otoczenia wokół kolorowych cząstek. Kationy i aniony w roztworze są otoczone powłoką rozpuszczalnika, który wpływa na jony.
Czynniki wpływające na zmianę koloru substancje chemiczne. Przeprowadzając prosty eksperyment z dodatkiem następujących substancji do roztworu soku z buraków (kolor malinowy): kwas octowy; w wyniku roztworu zasady lub wody można zaobserwować zmianę koloru roztworu buraków. W pierwszym przypadku środowisko kwaśne zmienia kolor roztworu buraka na fioletowy, w drugim doświadczeniu środowisko alkaliczne zmienia kolor roztworu na niebieski, a dodatek wody ( środowisko neutralne) nie powoduje zmiany koloru.
Chemicy znają wskaźnik do określania środowiska alkalicznego - fenoloftaleina. Zmienia kolor roztworów alkalicznych na szkarłatny. Ze zmianą koloru jonu żelaza otoczonego rodankiem potasu wiąże się krwawy kolor fakt historyczny. W 1720 r. polityczni przeciwnicy Piotra I z duchowieństwa zorganizowali w jednej z petersburskich katedr „cudowną” ikonę Matki Bożej, która zaczęła ronić łzy, co było komentowane jako znak dezaprobaty dla Piotrowych reform. . Peter Dokładnie obejrzałem ikonę i zauważyłem coś podejrzanego: znalazł małe dziury w oczach ikony. Znalazł też źródło łez: była to gąbka nasączona roztworem rodanku żelaza, który ma krwistoczerwony kolor. Ciężarek równomiernie dociskał gąbkę, wyciskając krople przez otwór w ikonie. „Oto źródło cudownych łez” – powiedział cesarz.
Chemikalia są częścią otaczającej nas ze wszystkich stron natury. Krew zwierzęca i zielone liście zawierają podobne struktury, ale krew zawiera jony żelaza - Fe, a rośliny - Mg. Gwarantuje to kolor: czerwony i zielony. Nawiasem mówiąc, powiedzenie Błękitna krew” dotyczy zwierząt głębinowych, które zamiast żelaza mają we krwi wanad. Również glony, które rosną w miejscach, gdzie jest mało tlenu, mają niebieski kolor.
Rośliny z chlorofilem są w stanie tworzyć substancje organomagnezowe i wykorzystywać energię światła. Kolor roślin fotosyntetycznych jest zielony.
Hemoglobina zawierająca żelazo służy do przenoszenia tlenu w organizmie. Hemoglobina z tlenem barwi krew na jaskrawoczerwony kolor, a bez tlenu nadaje krwi ciemny kolor.
Konieczne jest wyciągnięcie następujących wniosków dotyczących fizykochemicznego charakteru koloru:
Pierwszym czynnikiem w tworzeniu koloru jest światło;
Drugim czynnikiem jest struktura chemiczna substancji;
Trzecim czynnikiem w wyglądzie koloru jest stan jonowy chemikaliów, kolor zależy od otoczenia wokół kolorowych cząstek.
4.2. Chemia barwników .
Harmonia kolorów jest jedną z części składowe sztuka projektowania. Najstarsze farby to węgiel drzewny, kreda, glina, cynober i niektóre sole, takie jak octan miedzi (patyna). Farby i barwniki są używane przez artystów, dekoratorów i włókienników.
Stosowanie pierwszych barwników – pigmentów nieorganicznych – rozpoczęło się w epoce kamienia. Prymitywni ludzie używali kolorowych naturalnych minerałów do malowania ciała, różnych przedmiotów gospodarstwa domowego i odzieży. Przepiękne rysunki w jaskiniach przetrwały do dziś, żyjąc przez setki wieków ich twórcom. To kolorowe minerały wraz z metalami szlachetnymi, które od zawsze były symbolami władzy i bogactwa ludzi. Wraz z rozwojem ludzkości zapotrzebowanie na barwniki tylko rosło.
Powrót w X wieku BC, na dole Morze Śródziemne w pobliżu miasta Thira (starożytna Fenicja) złapali ślimaki igłowe. Niewolnicy dzień po dniu nurkowali w morzu dla tych ślimaków. Inni niewolnicy wyciskali je, mielili solą i poddawali dalszej obróbce, na którą składało się wiele operacji. Wyekstrahowana substancja była początkowo biała lub bladożółta, ale pod wpływem powietrza i światła słonecznego stopniowo stawała się cytrynowożółta, potem zielona, a w końcu nabrała wspaniałego fioletowo-czerwonego koloru. Otrzymane fioletowy przez kilka stuleci był najcenniejszym ze wszystkich barwników. Był wówczas symbolem władzy – prawo do noszenia barwionych na fioletowo szat było przywilejem najbliższych im władców i szlachty. Barwienie tylko jednego metra kwadratowego tkaniny otrzymanym w ten sposób barwnikiem było bardzo kosztowne. Rzeczywiście, aby uzyskać jeden gram fioletu, trzeba było przetworzyć 10 000 ślimaków!
Kłopotliwa praca niewolników Tyru nie jest jedynym tego rodzaju przykładem w historii. Kilkaset lat później indygo- Fioletowo-niebieski barwnik, pozyskiwany z rośliny Indigofera tinctiria, stał się jednym z głównych źródeł zysków Brytyjskiej Kompanii Wschodnioindyjskiej. Statki Kompanii Wschodnioindyjskiej dostarczały rocznie do wszystkich części świata od 6 do 9 milionów kilogramów tego cennego barwnika. Kiedyś malowali żagle, teraz dżinsy.
W dzisiejszych czasach produkcja nowoczesnych tanich, a jednocześnie jasnych barwników we wszystkich kolorach i odcieniach nie wymaga już przepracowania niewolników ani populacji kolonii. Są one, w tym purpura i indygo, produkowane w zakładach chemicznych. Jednak fiolet i indygo straciły swoją dawną świetność. Zostały one zastąpione bardziej odpornymi na światło barwnikami syntetycznymi, których szeroki wybór mamy dzisiaj.
Drogę do obecnego sukcesu otworzyła praca wielu chemików. W latach 1826, 1840 i 1841 Unferdorben, Fritzsche i Zinin niezależnie uzyskali anilinę z indygo. W 1834 Runge odkrył anilinę w smole węglowej, w tym samym roku odkrył fenol, a nieco później pierwszy barwnik ze smoły węglowej - kwas rozolowy dając fioletowy kolor.
W 1856 roku 18-letni chemik Perkin, pracujący podczas wakacji w swoim domowym laboratorium, nad nieudaną próbą syntezy chininy, niespodziewanie otrzymał jaskrawoczerwono-fioletowy barwnik - ruszać się. Razem z ojcem i bratem Perkin założył firmę, a rok później zorganizował produkcję mauveine na skalę fabryczną. W ten sposób Perkin położył podwaliny pod stworzenie przemysłu anilinowego.
W 1868 Grebe i Liebermann ujawnili tajemnicę alizaryna- czerwony barwnik pozyskiwany z korzeni marzanny. Nastąpiły syntezy. eozyna i inne barwniki ftaleinowe przez Bayera i Caro oraz rozszyfrowanie struktury barwników antracenowych przez E. Fischera i O. Fischera. Pod koniec XIX wieku. osiągnięcia te doprowadziły do przemysłowego wprowadzenia syntezy indygo według metody opracowanej przez Heimanna i innych chemików.
Zasługa niemieckich chemików w rozwoju przemysłu farb i lakierów jest ogromna. Już w 1911 roku niemieckie firmy wyeksportowały 22 000 ton syntetycznego indygo. Produkując jednocześnie 1500 ton taniej syntetycznej alizaryny, prawie całkowicie zastąpili naturalną alizarynę, co doprowadziło do gwałtownego ograniczenia hodowli marzanny.
Dlaczego substancje oświetlone białym światłem nabierają określonego koloru? Faktem jest, że przechodząc przez barwnik, światło jest pochłaniane przez jego cząsteczki. Struktura cząsteczek barwnika jest taka, że światło jest pochłaniane selektywnie. Cząsteczka barwnika „wybiera” promienie tworzące światło białe, linie widma, które są tylko dla niej charakterystyczne. Utrata niektórych kolorów pada wiązka barwiona jest tzw. kolorami dopełniającymi (zielono-czerwony, żółty-fioletowy, niebiesko-pomarańczowy), np. utrata czerwieni spowoduje zabarwienie na zielono.
Od czego zależy widmo absorpcji substancji? Przed nami formuła barwnika o stosunkowo prostej strukturze: Jest dokładna Nazwa chemiczna- n, n "-sodu. Ta substancja jest używana jako wskaźnik, nazywano ją inaczej - Oranż metylowy. Jednak ten barwnik nie nadaje się do barwienia, ponieważ po dodaniu kwasu żółty kolor zmienia się na czerwony. To nie przypadek, że barwniki organiczne mają złożoną strukturę. Badania wielu chemików umożliwiły ustalenie związku między kolorem związku a jego strukturą. Podstawa lub rdzeń cząsteczki barwnika z reguły tworzy strukturę pierścieniową. Nośniki kolorów - chromofory - muszą być do niego przymocowane. Są to zawsze grupy nienasycone:
CH=CH oznacza grupę etylenową;
С=О – grupa karbonylowa (grupa okso, grupa keto);
N=N - grupa azowa;
N=O, grupa nitrozowa;
NO2 to grupa nitrowa.
Jądro i grupy chromoforowe razem tworzą barwny system - chromogen. W większości przypadków obecność tylko jednego chromoforu nie nadaje jeszcze koloru. Na przykład w pomarańczowej cząsteczce b-karoten- barwnik marchewkowy - zawiera 11 podwójnych wiązań. Ponadto kolor zależy od tego, jak dokładnie chromofory są zlokalizowane i połączone ze sobą. Aby uwydatnić kolor, pogłębić jego odcień i uzyskać większą trwałość koloru, dodatkowe grupy, auksochromy, muszą być dołączone do rdzenia za pomocą chromoforu. Należą do nich przede wszystkim grupa hydroksylowa OH i grupa aminowa NH2, które nie tylko wpływają na barwę, ale również ze względu na swój kwasowy lub zasadowy charakter zwiększają powinowactwo barwnika do włókna. Współczesna elektroniczna teoria koloru traktuje kolor jako wynik interakcji ze światłem chmury elektronowej cząsteczki barwnika. To od jej parametrów, które są determinowane obecnością grup chromoforowych i auksochromoforowych, zależy widmo absorpcji cząsteczki.
Fosfory. Konwencjonalne barwniki rozpraszają zaabsorbowane światło w postaci promieniowania podczerwonego niewidocznego dla ludzkiego oka. Istnieją jednak cząsteczki zdolne, po wzbudzeniu pod wpływem energii zewnętrznej, powracając do stanu niewzbudzonego, emitować promienie o widocznej barwie. To są luminofory. Energia potrzebna do ich świecenia może być chemiczna („fosfory”), mechaniczna („triboluminofory”), elektryczna („elektroluminofory”) lub świetlna („fotoluminofory”), a także pod wpływem promieniowania.
Luminofory fosforescencyjne występują w naturze. Blask może wystąpić z powodu powolnego utleniania substancji w powietrzu (na przykład białego fosforu, lucyferyny u niektórych owadów, drobnoustrojów, grzybów, ryb). Takie substancje bez dostępu do środka utleniającego (tlen z powietrza) nie świecą. Niektóre substancje mogą świecić po potarciu lub wstrząśnięciu (na przykład krystaliczna chelidonina, niektóre siarczki aktywowane manganem itp.). Ten blask nazywa się tryboluminescencją. Substancje świecące w obecności niewidocznego dla oka promieniowania lub promieni rentgenowskich są wykorzystywane do tworzenia kompozycji trwale świecących. Jak substancja radioaktywna stosuje się np. parafinę, w której cząsteczkach niektóre atomy zwykłego wodoru (protu) są zastąpione atomami superciężkiego radioaktywnego wodoru (trytu). Ze względu na obecność w składzie pierwiastków promieniotwórczych takie widoczne źródła światła są niebezpieczne dla zdrowia. Elektroluminofory są szeroko stosowane w inżynierii oświetleniowej.
Jednak jako barwniki fosforowe stosuje się nieorganiczne lub organiczne fotoluminofory. W zależności od czasu wzbudzenia ich cząsteczek, luminofory mogą świecić w ciemności z czasem wzbudzenia wynoszącym kilka godzin (sprzedawanych jest wiele takich świecących zabawek) lub w krótkim czasie luminofory po prostu przybierają charakterystyczny kolor. Szczególnie interesujące są takie luminofory, które aktywnie pochłaniają promieniowanie UV. Odzież zabarwiona takimi luminoforami jasno „pali się” w słońcu. Czerwone ubrania pracowników Ministerstwa Sytuacji Nadzwyczajnych widoczne są przez wiele kilometrów nawet we mgle. Farby fosforowe są używane do znaków drogowych i reklam, łodzi ratowniczych. Ale są też nieoczekiwane zastosowania takich luminoforów.
Ochrona przed promieniowaniem UV. Na rynku jest wiele kosmetyków, które chronią człowieka przed szkodliwym promieniowaniem UV, np. filtry przeciwsłoneczne. Głównymi składnikami aktywnymi tych produktów są absorbery UV – te same luminofory, które pochłaniają szkodliwe promieniowanie twarde.
Ale nie tylko ludzkie ciało musi być chronione przed promieniowaniem ultrafioletowym. Absorbery UV - stabilizatory światła - są szeroko stosowane do ochrony polimerów. Przykładem jest Tinuvin. W stanie niewzbudzonym między wodorem grupy hydroksylowej a najbliższym atomem azotu powstaje trwałe wiązanie wodorowe. Jego stabilność wynika z utworzenia stabilnego sześciokąta. Absorpcja kwantu promieniowania UV jest wystarczająca do zniszczenia tego pierścienia. Po jego przywróceniu emitowana jest energia, ale nie jest to już szkodliwe promieniowanie ultrafioletowe, ale bezpieczne promieniowanie podczerwone. (Powierzchnia wszystkich metalowych przedmiotów wystawionych na działanie środowisko jest zniszczony. Ich ochrona jest najskuteczniejsza w przypadku kolorowych pigmentów: proszku aluminiowego, pyłu cynkowego, czerwonego ołowiu, tlenku chromu).
Rozjaśniacze optyczne. Każdy z Was zapewne zauważył, że na dyskotece, po włączeniu specjalnego podświetlenia, białe koszule i bluzki ludzi zaczynają świecić jasno na niebiesko. Arkusz białego papieru będzie świecił jeszcze jaśniej. Oznacza to, że do tkaniny odzieży i papieru dodano specjalne luminofory – rozjaśniacze optyczne. Ich działanie jest zbliżone do działania zwykłego „niebieskiego”, który wcześniej był dodawany do wody podczas prania, do wybielania ubrań. Dziś w celu wybielania do kompozycji proszków do prania wprowadza się substancje, które nadają tkaninie niebieskawą fluorescencję.
Niebieski kolor komplementarny do żółtego „zabija” żółtość tkaniny. To samo robi luminofor, który zamienia promieniowanie UV w promieniowanie. koloru niebieskiego. Jednocześnie chroni materiał przed promieniowaniem ultrafioletowym.
Fosfor do folii szklarniowej. Zwykła folia szklarniowa jest już przestarzała (nawiasem mówiąc, „efekt cieplarniany” wynika z faktu, że promienie UV i widzialne przechodzą przez warstwę polietylenu prawie bez strat, a polietylen jest nieprzezroczysty dla termicznych promieni podczerwonych z powierzchni gleby) . Pojawiły się nowe klisze do fotokonwersji, które świecą w słońcu na czerwono. Emitowany jest przez specjalny luminofor syntetyzowany na bazie tlenku europu, który zamienia promieniowanie zielone, niebieskie i UV na czerwone. Oczywiście jest bardzo piękny, nie chodzi o piękno.
Roślina w początkowej fazie rozwoju wymaga dużej ilości czerwieni, aby wyrosła zielona masa (liście). Taki jest cel luminoforu. Posiada złożoną strukturę, która zapewnia stopniową konwersję promieniowania UV do wymaganej czerwonej barwy. Dlatego ilość czerwonego koloru w świetle padającym na liście roślin wzrasta kilkakrotnie, co prowadzi do wzrostu plonu upraw szklarniowych. To prawda, że gdy nadejdzie czas dojrzewania owoców, taki film należy zastąpić niebieskim. Wręcz przeciwnie, pochłania czerwone promienie. Liście przestają rosnąć, cała energia rośliny skierowana jest na wzrost owoców.
Zagubiona rzeka. Fluorescencja jest wyraźnie widoczna nawet po rozpuszczeniu 1 g radoma 6G w 100 000 litrów wody. Zdolność luminoforów do niezwykle łatwego wykrycia w znikomych stężeniach jest wykorzystywana do określania kierunku prądów wód podziemnych. Przykładem jest rozwiązanie kwestii „zniknięcia” Dunaju. W górnym biegu tej rzeki, w pobliżu dworca kolejowego Immedingen, większość Woda Dunaju ginie w luźnych skałach wapiennych. W celu ustalenia kierunku ruchu wody w 1877 r. w pobliżu tej stacji do Dunaju wlano 10 kg fluoresceiny. Po 60 godzinach jeden z odsłoniętych słupków znalazł wyraźną fluorescencję w małej rzece. W dzisiejszych czasach ta właściwość luminoforu okazała się bardzo przydatna w kontrolach środowiskowych wycieków i produkcji ścieków. Nie zapominajmy o systemie ochrony poprzez fosforowe drukowanie dokumentów i wreszcie banknotów.
kropki kwantowe. Nanocząstki fosforu (kropki kwantowe) absorbowane przez mikroorganizmy z pożywki, pozwalają prześledzić ich ruch i rozwój w żywym organizmie. Selektywne wchłanianie takich cząstek przez komórki nowotworowe jest już wykorzystywane do diagnozowania raka i innych chorób na wczesnym etapie.
Oprócz tych opisanych powyżej istnieje wiele ciekawych barwników. Na przykład opracowano barwniki fotochromowe, które zmieniają kolor wraz ze wzrostem dawki promieniowania UV, wzrostem temperatury i działaniem pola elektrycznego. Istnieją barwniki, które barwią filmy inaczej w świetle odbitym i przechodzącym. Można napisać obszerny artykuł na temat barwienia interferencyjnego wielowarstwowymi pigmentami perłowymi, barwienia holograficznego, wykorzystania struktur ciekłokrystalicznych, druku cyfrowego i wielu innych.
Pomimo tego, że znane są podstawowe zasady tworzenia molekuł chromoforowych, odkrycie nowego barwnika nawet dzisiaj jest czasami spowodowane szczęśliwym wypadkiem. Technologia barwników to zarówno chemia, jak i fizjologia oraz sztuka.
5. Podstawowe wzorce percepcji kolorów:
Pantelejew Paweł Aleksandrowicz
W pracy podano wyjaśnienia dotyczące pojawiania się barwy w różnych związkach, a także zbadano właściwości substancji kameleonowych.
Ściągnij:
Zapowiedź:
Chemia kolorów. Substancje-kameleony
Sekcja: nauki przyrodnicze
Wypełnił: Pantelejew Paweł Nikołajewicz,
Uczeń 11 klasy „A”
Środek Szkoła średnia №1148
ich. F. M. Dostojewski
Wykładowca: Karmatskaya Lyubov Aleksandrovna
1. Wstęp. Strona 2
2. Charakter koloru:
2.1. substancje organiczne; Strona 3
2.2. substancje nieorganiczne. Strona 4
3. Wpływ otoczenia na kolor. Strona 5
4. Substancje-kameleony. Strona 7
5. Część eksperymentalna:
5.1. Przejście chromianu do dichromianu i odwrotnie; Strona 8
5.2. Właściwości utleniające soli chromu (VI); Strona 9
5.3. Utlenianie etanolu mieszaniną chromu. Strona 10
6. Fotochromizm. Strona 10
7. Wnioski. Strona 13
8. Lista wykorzystanych źródeł. Strona 14
1. Wstęp.
Na pierwszy rzut oka wytłumaczenie natury koloru może wydawać się trudne. Dlaczego substancje mają? różne kolory? Jak w ogóle powstaje kolor?
Ciekawe, że istoty żyją w głębinach oceanu, w ciele których płynie krew niebieski kolor. Jednym z tych przedstawicieli są holoturianie. Jednocześnie krew ryb złowionych w morzu jest czerwona, podobnie jak krew wielu innych dużych stworzeń.
Od czego zależy kolor różnych substancji?
Przede wszystkim kolor zależy nie tylko od tego, jak zabarwiona jest substancja, ale także od tego, jak jest oświetlona. W końcu w ciemności wszystko wydaje się czarne. O barwie decydują również struktury chemiczne panujące w substancji: np. kolor liści roślin jest nie tylko zielony, ale także niebieski, fioletowy itp. Wynika to z faktu, że w takich roślinach w oprócz chlorofilu, który nadaje zielony kolor, przeważają inne związki.
Niebieską krew u holoturian tłumaczy się tym, że mają wanad zamiast żelaza w pigmentu, który nadaje kolor krwi. To jego związki nadają niebieski kolor płynowi zawartemu w holoturianach. Na głębokościach, na których żyją, zawartość tlenu w wodzie jest bardzo niska i muszą dostosowywać się do tych warunków, więc związki powstały w organizmach zupełnie innych niż organizmy mieszkańców środowiska powietrza.
Ale nie odpowiedzieliśmy jeszcze na powyższe pytania. W tej pracy postaramy się udzielić im pełnych, szczegółowych odpowiedzi. Aby to zrobić, należy przeprowadzić szereg badań.
Celem tej pracy będzie wyjaśnienie pojawienia się koloru w różnych związkach, a także zbadanie właściwości substancji kameleonowych.
Zgodnie z celem wyznaczono zadania
Ogólnie rzecz biorąc, kolor jest wynikiem oddziaływania światła z cząsteczkami materii. Wynik ten można wyjaśnić kilkoma procesami:
* oddziaływanie drgań magnetycznych wiązki światła z cząsteczkami materii;
* selektywna absorpcja niektórych fal świetlnych przez cząsteczki z różne struktury;
* ekspozycja na promienie odbite lub przepuszczone przez substancję na siatkówce lub urządzeniu optycznym.
Podstawą wyjaśnienia koloru jest stan elektronów w cząsteczce: ich ruchliwość, zdolność do przechodzenia z jednego poziomu energii na drugi, przechodzenia z jednego atomu na drugi.
Kolor jest związany z ruchliwością elektronów w cząsteczce substancji oraz z możliwością przemieszczania się elektronów do jeszcze wolnych poziomów podczas pochłaniania energii kwantu światła (elementarna cząstka promieniowania świetlnego).
Kolor powstaje w wyniku oddziaływania kwantów światła z elektronami w cząsteczkach materii. Jednak ze względu na to, że stan elektronów w atomach metali i niemetali, związków organicznych i nieorganicznych jest inny, inny jest również mechanizm pojawiania się koloru w substancjach.
2.1 Barwa związków organicznych.
Do materii organicznej, które mają kolor (i nie wszystkie mają tę właściwość), cząsteczki mają podobną budowę: są zwykle duże, składają się z dziesiątek atomów. Dla pojawienia się koloru w tym przypadku nie liczą się elektrony poszczególnych atomów, ale stan układu elektronów całej cząsteczki.
Zwykły światło słoneczne to strumień fal elektromagnetycznych. Fala świetlna charakteryzuje się długością - odległością pomiędzy sąsiednimi maksimami lub dwoma sąsiednimi dolinami. Jest mierzony w nanometrach (nm). Im krótsza fala, tym większa jej energia i na odwrót.
Kolor substancji zależy od tego, jakie fale (promienie) światła widzialnego pochłania. Jeśli światło słoneczne nie jest w ogóle pochłaniane przez substancję, ale odbijane i rozpraszane, wówczas substancja wydaje się biała (bezbarwna). Jeśli substancja pochłania wszystkie promienie, wydaje się czarna.
Proces pochłaniania lub odbijania niektórych promieni światła jest związany z cechami strukturalnymi cząsteczki substancji. Absorpcja strumienia świetlnego jest zawsze związana z przekazaniem energii elektronom cząsteczki substancji. Jeśli cząsteczka zawiera s-elektrony (tworząc sferyczną chmurę), wtedy potrzeba dużo energii, aby je pobudzić i przenieść na inny poziom energetyczny. Dlatego związki z s-elektronami zawsze wydają się bezbarwne. W tym samym czasie p-elektrony (tworząc chmurę w kształcie ósemki) łatwo się podnieca, ponieważ połączenie, które tworzą, jest słabsze. Takie elektrony są zawarte w cząsteczkach, które uległy sprzężeniu podwójne wiązania. Im dłuższy łańcuch koniugacji, tym więcej p-elektronów i mniej energii potrzebnej do ich wzbudzenia. Jeśli energia fal światła widzialnego (długości fal od 400 do 760 nm) jest wystarczająca do wzbudzenia elektronów, wtedy pojawia się kolor, który widzimy. Promienie wydatkowane na wzbudzenie cząsteczki zostaną przez nią pochłonięte, a niezaabsorbowane promienie będą przez nas postrzegane jako kolor substancji.
2.2 Barwa substancji nieorganicznych.
Dla substancji nieorganicznychkolor wynika z przejść elektronowych i przeniesienia ładunku z atomu jednego pierwiastka na atom innego. Decydującą rolę odgrywa tu zewnętrzna powłoka elektronowa pierwiastka.
Podobnie jak w substancjach organicznych, pojawienie się koloru jest tutaj związane z pochłanianiem i odbijaniem światła.
Ogólnie rzecz biorąc, kolor substancji jest sumą fal odbitych (lub fal, które przeszły przez substancję bez opóźnienia). Jednocześnie kolor substancji powoduje, że pewne kwanty są przez nią pochłaniane z całego zakresu długości fal światła widzialnego. W cząsteczkach kolorowych substancji poziomy energetyczne elektronów znajdują się blisko siebie. Na przykład substancje: wodór, fluor, azot - wydają nam się bezbarwne. Wynika to z faktu, że kwanty światła widzialnego nie są przez nie absorbowane, ponieważ nie mogą przenosić elektronów na więcej wysoki poziom. Oznacza to, że promienie ultrafioletowe przechodzą przez te substancje, które nie są postrzegane przez ludzkie oko, a zatem same substancje nie mają dla nas koloru. W substancjach kolorowych, na przykład chloru, bromu, jodu, poziomy elektronowe są bliżej siebie, więc kwanty światła w nich są w stanie przenosić elektrony z jednego stanu do drugiego.
Doświadczenie. Wpływ jonu metalu na barwę związków.
Przyrządy i odczynniki: cztery probówki, woda, sole żelaza(II), kobaltu(II), niklu(II), miedzi(II).
Realizacja doświadczenia. Do probówek wlać 20-30 ml wody, dodać po 0,2 g soli żelaza, kobaltu, niklu i miedzi i mieszać do rozpuszczenia. Kolor roztworu żelaza stał się żółty, kobaltowy - różowy, niklowy - zielony, miedziany - niebieski.
Wniosek: Jak wiadomo z chemii, struktura tych związków jest taka sama, ale mają różną liczbę d-elektronów: dla żelaza - 6, dla kobaltu - 7, dla niklu - 8, dla miedzi - 9. Ta liczba wpływa na kolor związków. Dlatego widać różnicę w kolorze.
3. Wpływ otoczenia na kolor.
Jony w roztworze są otoczone powłoką rozpuszczalnika. Nazywa się warstwę takich cząsteczek bezpośrednio przylegających do jonupowłoka solwatacyjna.
W roztworach jony mogą oddziaływać nie tylko na siebie, ale także na otaczające je cząsteczki rozpuszczalnika, a te z kolei na jony. Po rozpuszczeniu iw wyniku solwatacji pojawia się kolor w wcześniej bezbarwnym jonie. Zastąpienie wody amoniakiem pogłębia kolor. Cząsteczki amoniaku łatwiej ulegają deformacji, a intensywność koloru jest wzmocniona.
Ale już Porównajmy intensywność barwy związków miedzi.
Doświadczenie nr 3.1. Porównanie intensywności barwy związków miedzi.
Instrumenty i odczynniki: cztery probówki, 1% roztwór CuSO 4, woda, HCl, roztwór amoniaku NH 3, 10% roztwór heksacyjanożelazianu(II) potasu.
Realizacja doświadczenia. Umieść 4 ml CuSO w jednej probówce 4 i 30 ml H 2 O, w pozostałych dwóch - 3 ml CuSO 4 i 40 ml H 2 O. Do pierwszej probówki dodać 15 ml stężonego HCl - pojawi się żółto-zielony kolor, do drugiej - 5 ml 25% roztworu amoniaku - pojawi się kolor niebieski, w trzeciej - 2 ml 10% roztworu heksacyjanożelazian(II) potasu – obserwujemy czerwono-brązowy osad. Dodaj roztwór CuSO do ostatniej probówki 4 i pozostawić do kontroli.
2+ + 4Cl - ⇌ 2- + 6 H 2 O
2+ + 4NH 3 ⇌ 2+ + 6 H 2 O
2 2 + 4- ⇌ Cu 2 + 12 H 2 O
Wniosek: ze spadkiem ilości odczynnika (substancje zaangażowane w Reakcja chemiczna ) wymagane do powstania związku, intensywność barwy wzrasta. Kiedy powstają nowe związki miedzi, następuje przeniesienie ładunku i zmiana koloru.
4. Substancje-kameleony.
Pojęcie „kameleon” znane jest przede wszystkim jako termin biologiczny, zoologiczny oznaczającygad, który ma zdolność zmiany koloru skóry pod wpływem podrażnienia, zmiany koloru otoczenia itp.
Jednak „kameleony” można znaleźć również w chemii. Więc jaki jest związek?
Wróćmy do chemii:
Substancje kameleona to substancje, które zmieniają swój kolor w reakcjach chemicznych i wskazują na zmiany w badanym środowisku. Podkreślamy generała - zmianę koloru (zabarwienia). To właśnie łączy te pojęcia. Substancje kameleona znane są od czasów starożytnych. W starych podręcznikach Analiza chemiczna zaleca się stosowanie „roztworu kameleona” do oznaczania zawartości siarczynu sodu Na w próbkach o nieznanym składzie 2 SO 3 , nadtlenek wodoru H 2O2 lub kwas szczawiowy H 2C2O4 . „Roztwór kameleona” to roztwór nadmanganianu potasu KMnO 4
, który podczas reakcji chemicznych w zależności od medium zmienia swój kolor w różny sposób. Na przykład w środowisku kwaśnym jasnofioletowy roztwór nadmanganianu potasu staje się bezbarwny, ponieważ z jonu nadmanganianu MnO 4
-
powstaje kation, tj.dodatnio naładowany jon Mn 2+ ; w silnie alkalicznym środowisku z jasnofioletowego MnO 4
- okazuje się, że zielony jon manganianowy MnO 4
2-
. A w obojętnym, lekko kwaśnym lub lekko zasadowym środowisku końcowym produktem reakcji będzie nierozpuszczalny czarno-brązowy osad dwutlenku manganu MnO 2
.
Dodajemy, że ze względu na swoje właściwości utleniające,tych. możliwość oddawania lub pobierania elektronów z atomów innych pierwiastków,i wizualna zmiana koloru w reakcjach chemicznych, nadmanganian potasu znalazł szerokie zastosowanie w analizie chemicznej.
Tak więc w tym przypadku jako wskaźnik stosuje się „roztwór kameleona” (nadmanganian potasu), tj.substancja wskazująca na obecność reakcji chemicznej lub zmian, które zaszły w badanym podłożu.
Istnieją inne substancje zwane „kameleonami”. Rozważymy substancje zawierające pierwiastek chromu Cr.
Chromian potasu - związek nieorganiczny, sól metalupotas oraz kwas chromowy o wzorze K 2 CrO 4 , żółte kryształy, rozpuszczalne w wodzie.
Dwuchromian potasu (dwuchromian potasu, pik chromu potasu) - K 2Cr2O7 . związek nieorganiczny, pomarańczowe kryształy, rozpuszczalne w wodzie. Wysoce toksyczny.
5. Część eksperymentalna.
Doświadczenie nr 5.1. Przejście chromianu do dichromianu i odwrotnie.
Przyrządy i odczynniki: roztwór chromianu potasu K 2CrO4 , roztwór dwuchromianu potasu K 2Cr2O7 , kwas siarkowy, wodorotlenek sodu.
Realizacja doświadczenia. Do roztworu chromianu potasu dodaje się kwas siarkowy, w wyniku czego kolor roztworu zmienia się z żółtego na pomarańczowy.
2K 2 CrO 4 + H 2 SO 4 \u003d K 2 Cr 2 O 7 + K 2 SO 4 + H 2 O
Do roztworu dwuchromianu potasu dodaję alkalia, w wyniku czego kolor roztworu zmienia się z pomarańczowego na żółty.
K 2 Cr 2 O 7 + 4NaOH \u003d 2Na 2 CrO 4 + 2KOH + H 2 O
Wniosek: W środowisku kwaśnym chromiany są niestabilne, jon żółty kolor zamienia się w jon Cr 2 O 7 2- pomarańczowy, aw środowisku alkalicznym reakcja przebiega w przeciwnym kierunku:
2Cr 2 O 4 2- + 2H + środowisko kwaśne - środowisko alkaliczne Cr 2 O 7 2- + H 2 O.
Właściwości utleniające soli chromu (VI).
Przyrządy i odczynniki: roztwór dwuchromianu potasu K 2Cr2O7 , roztwór siarczynu sodu Na 2 SO 3 , kwas siarkowy H 2 SO 4 .
Realizacja doświadczenia. Do rozwiązania K 2Cr2O7 , zakwaszony kwasem siarkowym, dodać roztwór Na 2 SO 3. Obserwujemy zmianę koloru: pomarańczowy roztwór zmienił kolor na zielono-niebieski.
Wniosek: W środowisku kwaśnym chrom jest redukowany przez siarczyn sodu z chromu (VI) do chromu (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.
Doświadczenie nr 5.4. Utlenianie etanolu mieszaniną chromu.
Przyrządy i odczynniki: 5% roztwór dwuchromianu potasu K 2Cr2O7 , 20% kwas siarkowy H 2 SO 4 , etanol(etanol).
Wykonanie doświadczenia: Do 2 ml 5% roztworu dwuchromianu potasu dodać 1 ml 20% roztworu kwasu siarkowego i 0,5 ml etanolu. Obserwujemy silne ciemnienie roztworu. Rozcieńczamy roztwór wodą, aby lepiej widzieć jego odcień. Otrzymujemy żółto-zielony roztwór.
Do 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
Wniosek: W środowisku kwaśnym alkohol etylowy utlenia się dwuchromianem potasu. Powoduje to wytwarzanie aldehydu. To doświadczenie pokazuje interakcję chemicznych kameleonów z substancjami organicznymi.
Doświadczenie 5.4. wyraźnie ilustruje zasadę działania wskaźników wykrywania alkoholu w organizmie. Zasada działania opiera się na specyficznym enzymatycznym utlenianiu etanolu, któremu towarzyszy tworzenie się nadtlenku wodoru (H 2O2 ), powodując powstawanie barwnego chromogenu,tych. materia organiczna zawierająca grupę chromoforową (grupę chemiczną składającą się z atomów węgla, tlenu, azotu).
Tak więc wskaźniki te wizualnie (w skali kolorów) pokazują zawartość alkoholu w ludzkiej ślinie. Są stosowane w placówkach medycznych, przy ustalaniu faktów spożycia alkoholu i zatrucia. Zakresem wskaźników jest każda sytuacja, w której konieczne jest ustalenie faktu spożycia alkoholu: przeprowadzanie kontroli przed podróżą kierowców pojazdów, identyfikacja pijanych kierowców na drogach przez policję drogową, wykorzystywanie ich w diagnostyce awaryjnej jako środka samokontroli, itp.
6. Fotochromizm.
Zapoznajmy się z ciekawe zjawisko, gdzie następuje również zmiana koloru substancji, fotochromizm.
Dziś okulary z okularami kameleona raczej nikogo nie zaskoczą. Ale historia odkrycia niezwykłych substancji, które zmieniają swój kolor w zależności od światła, jest bardzo ciekawa. W 1881 roku angielski chemik Phipson otrzymał list od swojego przyjaciela Thomasa Griffitha opisujący jego niezwykłe obserwacje. Griffith pisał, że frontowe drzwi poczty, znajdujące się naprzeciwko jego okien, w ciągu dnia zmieniają kolor - ciemnieją, gdy słońce jest w zenicie, a rozjaśniają się o zmierzchu. Zaintrygowany przesłaniem, Phipson zbadał litopon, farbę używaną do malowania drzwi pocztowych. Obserwacja jego przyjaciela została potwierdzona. Phipson nie był w stanie wyjaśnić przyczyny tego zjawiska. Jednak wielu badaczy jest poważnie zainteresowanych odwracalną reakcją barwną. A na początku XX wieku udało im się zsyntetyzować kilka substancji organicznych zwanych „fotochromami”, czyli „farbami światłoczułymi”. Od czasów Phipsona naukowcy wiele się nauczyli o fotochromach -Substancje zmieniające kolor pod wpływem światła.
Fotochromizm lub tenebescencja to zjawisko odwracalnej zmiany koloru substancji pod wpływem światła widzialnego, ultrafioletu.
Ekspozycja na światło powoduje w substancji fotochromowej, przegrupowania atomowe, zmiany w populacji poziomów elektronowych. Równolegle ze zmianą koloru substancja może zmienić swój współczynnik załamania światła, rozpuszczalność, reaktywność, przewodność elektryczną oraz inne właściwości chemiczne i fizyczne. Fotochromizm jest nieodłącznym elementem ograniczonej liczby związków organicznych i nieorganicznych, naturalnych i syntetycznych.
Wyróżnia się fotochromizm chemiczny i fizyczny:
- fotochromizm chemiczny: wewnątrzcząsteczkowe i międzycząsteczkowe odwracalne reakcje fotochemiczne (tautomeryzacja (izomeria odwracalna), dysocjacja (rozszczepienie), izomeryzacja cis-trans itp.);
- fotochromizm fizyczny: wynik przejścia atomów lub cząsteczek w różne stany. Zmiana koloru w tym przypadku jest spowodowana zmianą populacji poziomów elektronicznych. Taki fotochromizm obserwuje się, gdy na substancję wystawiono tylko silne strumienie światła.
Fotochromy w przyrodzie:
- Minerał tugtupit w stanie zmienić kolor z białego lub jasnoróżowego na jasnoróżowy.
Materiały fotochromowe
Wyróżnia się następujące rodzaje materiałów fotochromowych: roztwory płynne i folie polimerowe (związki wielkocząsteczkowe) zawierające fotochromowe związki organiczne, szklanki z równomiernie rozłożonymi w swojej objętości mikrokryształami halogenku srebra (związki srebra z halogenami), fotoliza ( rozpad przez światło), który powoduje fotochromizm; Kryształy halogenków metali alkalicznych i ziem alkalicznych aktywowane różnymi dodatkami (np. CaF 2 /La,Ce; SrTiO 3 /Ni,Mo).
Materiały te stosowane są jako filtry światła o zmiennej gęstości optycznej (czyli regulują przepływ światła) w ochronie oczu oraz urządzeniach chroniących przed promieniowaniem świetlnym, w technologii laserowej itp.
Soczewki fotochromowe
Soczewka fotochromowa wystawiona na działanie światła, częściowo pokryta papierem. Drugi poziom koloru jest widoczny między jasnymi i ciemnymi częściami, ponieważ cząsteczki fotochromowe znajdują się na obu powierzchniach soczewki poliwęglan i inne tworzywa sztuczne . Soczewki fotochromowe zazwyczaj ciemnieją w obecności UV i rozjaśniają się w czasie krótszym niż minuta, ale pełne przejście z jednego stanu do drugiego następuje od 5 do 15 minut.
Wnioski.
Tak więc kolor różnych związków zależy od:
* z interakcji światła z cząsteczkami materii;
* w substancjach organicznych kolor powstaje w wyniku wzbudzenia elektronów pierwiastka i ich przejścia na inne poziomy. Ważny jest stan układu elektronów całej dużej cząsteczki;
* w substancjach nieorganicznych kolor wynika z przejść elektronowych i przeniesienia ładunku z atomu jednego pierwiastka na atom innego. Ważną rolę odgrywa zewnętrzna powłoka elektronowa elementu;
* ma wpływ na kolor związku otoczenie zewnętrzne;
*ważna rola odtwarza liczbę elektronów w związku.
Lista wykorzystanych źródeł
1. Artemenko A. I. „Chemia organiczna i człowiek” ( podstawy teoretyczne, zaawansowany kurs). Moskwa, „Oświecenie”, 2000.
2. Fadeev G. N. „Chemia i kolor” (książka dla czytanie pozalekcyjne). Moskwa, „Oświecenie”, 1977.