Αρχική Σελίδα > Τα χρώματα στη Χημεία και γιατί εμείς τα βλέπουμε. Μέρος Δεύτερο. Τι είναι τα χρώματα και πότε μια ουσία βάφει

Τα χρώματα στη Χημεία και γιατί εμείς τα βλέπουμε. Μέρος Δεύτερο. Τι είναι τα χρώματα και πότε μια ουσία βάφει

Της Δήμητρας Σπανού , Χημικού, Καθηγήτριας Β/θμιας Εκπ/σης

Οι ουσίες που χρησιμοποιούμε για να βάφουμε ή να ζωγραφίζουμε , μπορεί να είναι φυσικές ή τεχνητές, από ανόργανη ή οργανική ύλη

Ορισμένα οξείδια και άλατα για παράδειγμα είναι ουσίες γνωστές από παλιά για τις χρωστικές τους ικανότητες.

Αιματίτης, Βαθύ κόκκινο, ύαλος Κοβαλτίου (βαθύ μπλέ), Μαλαχίτης (πράσινο) αζουρίτης (μπλε) , κίτρινη ώχρα , γαληνίτης γκρι, αντιμονίτης κιννάβαρι (ερυθρό)

Αυτές οι ουσίες σε γενικές γραμμές είναι έγχρωμες (εκτός από τις χρωστικές ανάπτυξης)

Εγχρωμες ενώσεις είναι εκείνες που απορροφούν και εκπέμπουν ηλεκτρομαγνητικές ακτινιβολίες που βρίσκονται στην περιοχή του φάσματος του ορατού. Απορρροφούν ορισμένα τμήματα του φάσματος του ορατού και κάποια άλλα όχι . Παραπομπή:

Τα χρώματα στη Χημεία και γιατί εμείς τα βλέπουμε

Που οφείλεται μια ουσία να έχει χρώμα

Το χρώμα μιας ουσίας οφείλεται σε χρωμοφόρες περιοχές και χρωμοφόρες ομάδες του μορίου της. Η ουσία μπορεί να είναι οργανική ή ανόργανη.

Σε ένα μόριο χρωστικής ουσίας μπορεί υπάρχει ένα τμήμα του μορίου- όπως ένα συζυγιακό σύστημα διπλών δεσμών (-C=C-C=C- ) αλλά και συγκεκριμένες ομάδες ατόμων- που είναι υπεύθυνες για το χρώμα του μορίου

βλέπουμε τους συζυγιακούς διπλούς δεσμούς στο καροτενιο και επίσης την αζωομάδα (-N=N-) στην δεύτερη ένωση

Τέτοιες είναι οι περιοχές είναι αυτές που έχουν συζυγιακούς διπλούς δεσμούς ( -C=C-C=C- ) δηλ.απλοί διπλοί εναλλασσόμενοι στην ανθρακική αλυσίδα ή και κάποιες ομάδες όπως αζωομάδα (-N=N-) και νιτροομάδα ( -ΝΟ2) και η καρβονυλομάδα (=C=O).

Τι πρέπει να συμβαίνει στο μόριο μιας τέτοιας ουσίας, ώστε

α.το χρώμα να ενισχύεται ,

β. σε περιπτώσεις να μπορεί η ουσία αυτή, να συνδέεται μέσω των ομάδων αυτών με άλλα σώματα (υπόστρωμα)

Οι Αυξόχρωμες ομάδες

Συχνά στο μόριο της χρωστικής ουσίας υπάρχουν

Ομάδες με ελεύθερα ζεύγη ηλεκτρονίων που δίνουν μεγαλύτερη ένταση στο χρώμα και λέγονται αυξόχρωμες. Αυτές,

1. εντείνουν την ικανότητα του μορίου να απορροφά και να εκπέμπει ακτινοβολία στην περιοχή του ορατού φωτός και

2. συντελούν στην βαθυχρωμία δηλαδή την διαβάθμιση του χρώματος ανάλογα με την ομάδα και την θέση της στο μόριο

3.Συχνά οι αυξόχρωμες ομάδες, έχουν την ιδιότητα, να κάνουν δυνατή την συγκράτηση της χρωστικής πάνω στο αντικείμενο που βάφουμε.

Για να συνδεθεί μια χρωστική ουσία με ένα αντικείμενο πρέπει στο μόριό της να περιέχει κάποιες ομάδες που να δίνουν την σύνδεση όπως αναφέραμε. Εννοείται ότι η υφή και η χημική σύσταση του αντικειμένου παίζει σημαντικό ρόλο για τηνβαφή που θα βαψει και για αυτό μιλάμε για βαφές υφασμάτων (ιν -N=N- (αζωομάδαών) επιφανειών (ξύλινων, πλαστικών, μεταλλικών κ.α.)

Αυξόχρωμες ομάδες μπορεί να είναι οι :-NH₂(πρασινωπή χροιά), -O-CH₃αυξάνει χρωστική δύναμη, , -Cl αντοχή στο φως, πρασινοπώτερη χροιά, το _OH, το -NR₂

Για παράδειγμα η παρακάτω χρωστική ουσία για ξύλο

, που έχει στο πρώτο μέρος της την β ναφθόλη και στο δεύτερο μέρος της την ανιλίνη

β ναφθόλη ανιλίνη

κόκκινη χρωστική ουσία από ανιλίνη , νιτρώδες οξύ και βναφθόλη

είναι η αυξόχρωμη ομάδα της είναι το ΟΗ-

και σε αυτό επίσης οφείλει, κατά πάσα πιθανότητα, την σύνδεσή της με την κυτταρίνη του ξύλου

Πότε Μια έγρωμη ουσία γίνεται χρωστική

-δηλαδή βάφει - όταν με κάποια διαδικασία συνδέεται με το αντικείμενο που πρόκειται να πάρει χρώμα (υπόστρωμα ) .

Το υπόστρωμα μπορεί να είναι ξύλο, μέταλλο, συνθετική ύλη (πολυμερή) μάρμαρο, γυαλί και μετά την σύνδεσή του με την έγχρωμη ουσία στην επιφάνειά του συνήθως βάφεται .

ΠΟΙΕΣ ΕΙΝΑΙ ΟΙ ΧΡΩΣΤΙΚΕΣ ΟΥΣΙΕΣ ΠΟΥ ΧΡΗΣΙΜΟΠΟΙΟΥΝΤΑΙ ΣΥΝΗΘΩΣ

α. Ανόργανες χρωστικές ουσίες

Πιο σταθερές, δυνατές μοριακές δυνάμεις

Αυτές έχουν συνήθως κάποιο κεντρικό στοιχείο που έχει διαφορετικούς αριθμούς οξείδωσης όπως ο δισθενής και ο τρισθενής σίδηρος. Σε ορισμένες ενώσεις μεταξύ των ιόντων των ισομερών λαμβάνει χώρα μια εντατική μεταφορά ηλεκτρονίων

Το κυανούν του Βερολίνου Fe₃[Fe(CN)₆]₂_-που είναι μια από τις πρώτες συνθετικές βαφές και παρασκευάστηκε για πρώτη φορά το 1709.

και το Fe₄[Fe(CN)₆]_{3 9} "κυανούν του Turnbull"

Θεωρείται η ίδια ένωση, η οποία ως σύμπλοκο τύπου "ανταλλαγής φορτίου" εμφανίζει εντονότατο χρώμα

Πρωσσικό μπλε

η ισορροπία σιδηροκυανιούχα $\overrightarrow{\leftarrow}$ σιδηρικυανιούχα : [Fe(CN)₆]⁴⁻ $\overrightarrow{\leftarrow}$ [Fe(CN)₆]³⁻ + e⁻

Το σιδηρικυανιούχο κάλιο, το σιδηροκυανιούχο κάλιο

K₃[Fe(CN)₆]. σιδηρικυανιούχο κάλιο .Κόκκινο.Λέγεται και πρωσικό κόκκινο της ποτάσας

K₄[Fe(CN)₆] σιδηροκυανιούχο κάλιο λευκό

, Ένυδρο K₄[Fe(CN)₆]•3H₂O. κίτρινο

Ένα άλλο αντίστοιχο παράδειγμα είναι το μίνιον (επιτεταρτοξείδιο του μολύβδου) ένα μικτό οξείδιο Pb(II) και Pb(IV)

ΣΕ ΠΟΙΑ ΜΟΡΦΗ ΑΥΤΕΣ ΟΙ ΟΥΣΙΕΣ ΧΡΗΣΙΜΟΠΟΙΟΥΝΤΑΙ ΓΙΑ ΝΑ ΒΑΦΟΥΝ

Υπάρχουν πολλές κατηγορίες χρωμάτων ανάλογα με την ουσία που χρησιμοποιείται διακρίνουμε κυρίως

α. τα πιγμέντα

( στα οποία ως χρωστική ουσία χρησιµοποιείται µια λεπτόκοκκος, αδρανής χρωµατιστή σκόνη)

Υπάρχουν πολλά ανόργανα χρώματα, όπως ορυκτές χρωστικές ουσίες , ουμπρα φαιόχρωμα (οξείδιο μαγγανίου, οξείδιο σιδήρου), η ωχρα (οξείδιο σιδήρου ) και πράσινη ώχρα όταν υπάρχουν προσμείξεις Χαλκού, Χρωμίου, το κινάβαρι (θειούχος υδράργυρος) το στουπέτσι (μικτό ανθρακικού μολύβδου και υδροξειδίου μολύβδου)

Ορισμένα ανόργανα χρώματα από ορυκτά

Οι ώχρες, οι σιέννες και οι όμπρες προέρχονται από λειμωνιτικά κοιτάσματα.

Ο λειμωνίτης περιλαμβάνει όλα τα ορυκτά των ένυδρων οξειδίων του σιδήρου (FeO(OH)) και δίνει χρωστικές με αποχρώσεις από ανοιχτό κίτρινο ως σκούρο καφέ.

Η ώχρα για παράδειγμα είναι πηλός εμπλουτισμένος με ένυδρα οξείδια του σιδήρου (κυρίως γκαιτίτη)

και ανάλογα με την περιεκτικότητα παίρνουμε απόχρωση κίτρινο, πορτοκαλί ή κόκκινο.

Το κινάβαρι HgS (θειούχος υδράργυρος).

terra verte (κελαδονίτης) ορυκτό πυριτίου μαγγνησίου καλίου

Πως βάφουμε με τα πιγμέντα

Όταν βάφουμε με πιγμέντα χρειαζόμαστε απαραίτητες δυο άλλες ουσίες. Τον φορέα και τον διαλύτη

Τα πιγμέντα που έχουν και το χρώμα θα διασπαρούν μέσα στον φορέα και θα τον χρωματίσουν Έτσι η προς βαφή επιφάνεια θα καλυφθεί από ένα στρώμα υλικού που θα σκληρήνει και θα δώσει το επιθυμιτό χρώμα από το πιγμέντο και άλλες ιδιότητες που εξαρτώνται από τον εκάστοτε φορέα. Σκληρότητα , λάμψη, αντοχή στο φως και στην υγρασία κ.α. Πολλές επίσης ιδιοτητες εξαρτώνται από τα πιγμέντα (αντιδιαβρωτική προστασία στα αντισκωριακά, την τοξικότητα)

Ο φορέας ή συνδετικό υλικό μετά την ξήρανση του σχηματίζει τον υμένα (φιλμ) του χρώματος.

Φορέας μπορεί να είναι κάποια φυσική ρητίνη ή λάδι, κάποια συνθετική ρητίνη ή συνδυασμός τους.Σήμερα χρησιμοποιούνται συνθετικές ρητίνες

Τα ακρυλικά κερδίζουν έδαφος και στην ζωγραφική

όπως αλκυδικές (κυρίως) εποξεικές, πολυουρεθάνης, ακρυλικές, βινυλικές, σιλικόνης, χλωριωμένου καουτσούκ, πολυεστέρες, εστέρες κυτταρίνης και άλλες.

οι διαλύτες

Τέλος έρχονται οι διαλύτες όσο το χρώμα είναι σε υγρή κατάσταση για να το αραιώσουν

όσο είναι απαραίτητο ώστε να απλώνεται καλύτερα χωρίς να δημιουργούνται γραμμές από το πινέλο και άλλες ατέλειες στο βάψιμο.

Οι διαλύτες μπορεί να είναι Υδρογονάνθρακες, Αλκοόλες, Εστέρες, Κετόνες, κ.α.

Συνηθως το νερό για τα υδατοδιαλυτά χρώματα όπως τα ακρυλικά και το νέφτι white spirit για τις λαδομπογιές και αλκυδικά χρώματα

Δημιουργία φίλμ

Μετά την εξάτμηση του διαλύτη δημιουργείται ένα συνεχώμενο ξηρό φιλμ που οφείλεται στην συσσωμάτωση της ρητίνης και των σωμματιδίων της χρωστικής.

Κάποιες φορές υπάρχουν και αλλαγές στην χημική εξέλιξη του πολυμερούς, που οφείλονται στην επίδραση του αέρα (εποξειδικές ρητίνες)

β. οργανικές χρωστικές ουσίες

ευδιάλυτες οργανικές χρωστικές ουσίες

Αλλοιώνονται πιο εύκολα με το φως.

Χαρακτηριστικά είναι τα μονο, δι, τρι και πολυαζωχρώματα, τα χρώματα στιλβένιου, τα χρώματα ακριδίνης, κινολίνης, θειοζίνης και άλλα

Η επικρατέστερη κατηγορία από τα οργανικά θεωρείται των αζωχρωμάτων

Τα αζωχρώματα που έχουν μια ομάδα -N=N- (αζωομάδα) και ως αυξόχρωμα ΟΗ- ή αμινομάδες R₃N. H αζωομάδα συνδέεται με έναν τουλάχιστον αρωματικό δακτυλιο.

Έχουν την ιδιότητα να συνδέονται δυο τρία και περισσότερα μόρια και να δίνουν διαζωχρώματα, τριαζωχρώματα, πολυαζωχρώματα και ταυτόχρωνα με αυτά, μια ποικιλιά χρωστικών ουσιών και χρωμάτων. Αζωχρώματα μπορούμε να πάρουμε από την κινολίνη, την ανθρακινόνη,'η την ανιλίνη με κάποιο αζωτοπαράγωγο που μορεί να είναι και δεύτερο ή τρίτο μόριο ανιλίνης

Χρώματα- Παράγωγα κινολίνης,

Ε 104 Κίτρινο της κινολίνης.

Άλλες χρωστικές τροφίμων είναι οι Ε 110 Κιτρινοπορτοκαλί S Ε 122 Αζωρουμπίνη, Καρμοϊσίνη Ε 124 Πονσώ 4R; Ερυθρό της κοχενίλης A Ε 129 Ερυθρό-Allura AC αλλά πολλές θεωρούναι βλαβερές για την υγεία.

πολλά χρώματα με βάση την ανιλίνη (αμινοβενζόλιο)

Η κατεργασία της ανιλίνης με νιτρώδες οξύ

Μια απλή περίπτωση χρώματος ανιλίνης είναι να αντιδράσει αρχικά με το νιτρώδες οξύ και κατόπιν με την β ναφθόλη(1) μας δίνει κόκκινα πιγμέντα ενώ με δικετενίου .δίνει ακετοακετανιλίδιο(2) (κίτρινα πιγμέντα) (3), Ακόμα μπορει να αντιδράσουν μόρια ανιλίνης μεταξύ τους (λυκοπενιο( (4) ή το ιστορικό κίτρινο της ανιλίνης (5)

(1)(2)(3)

(4)(5)

Χρώματα ανθρακινόνης,

που δινει ανιονικά χρώματα που βάφουν απ΄ευθείας

ΤΟ ΒΑΨΙΜΟ Ή ΒΑΦΗ ΕΝΟΣ ΥΛΙΚΟΥ

Λέμε την στερέωση της χρωστικής ουσίας πάνω ή μέσα στο υπόστρωμα βαφής.

Αυτό γίνεται με διάφορους τρόπους και ανάλογα έχουμε

Τρόπους που βάφουμε για διαφορετικούς τύπους βαφών χρωμάτων

Χρώματα με απευθείας βαφή: Είναι όξινα ανιοντικά χρώματα. Εδώ η βαφική ουσία συνδέεται με χημικές δυνάμεις με το υπόστρωμα

Το υπόστρωμα μπορεί να είναι από ξύλο , το μέταλλο, τα συνθετικά υλικά κ.λ.π.

Τέτοια χρώματα είναι τα αζωχρώματα που αναφέραμε παραπάνω Τα πιο απλά αζωχρώματα είναι το υδροξυαζωβενζόλιο και το αμιανοαζωβενζόλιο.

Χρώματα με πρόστυψη: Είναι βασικά ή κατιονικά χρώματα δηλαδή πρέπει πρώτα να χρησιμοπιηθούν άλλες ουσίες (Προστύμματα)

( Προστήματα είναι ουσίες που συνδέουν άλλες ουσίες που φυσιολογικά δεν μπορούν να συνδεθούν μεταξύ τους) .

Τα Προστύμματα,

μπορεί να είναι, υδροξείδια ορισμένων μετάλλων π.χ. αργιλίου, σιδήρου, χρωμίου, η ταννίνη, το τρυγικό καλιονάτριο κ.λ.π. Τα προστύμματα σχηματίζουν αδιάλυτες ενώσεις που ονομάζονται λάκες

Ένα φυσικό προστυμμα είναι η ταννίνη μια ουσία που υπάρχει στον φλοιό του σταφυλιού, τους καρπούς της βελανιδιάς, στο φλοιό της ακακίας, στο τσάι κ.α. με χαρακηριστική στιφή γευση. Προσρροφώνται από την ίνα και στην συνέχεια σχηματίζουν αδιάλυτες ενώσεις με το χρώμα κι έτσι υποβοηθούν την στερεότητα της βαφής

Μια παρόμοια παραδοσιακή ουσία που χρησιμοποιείται για να απλωθεί μέσω αυτής η χρωστική ουσία πάνω σε ένα σώμα είναι το λινέλαιο , κυρίως για βαφές ξύλινων επιφανειών και για αυτό προσφιλής στους παραδοσιακούς αγιογράφους

. Κι αυτό γιατί το λινέλαιο που περιέχει λιλεναικό οξύ μπορεί να πολυμερίζεται σε στεραιά ουσία

Αντιπροσωπευτικό τριγλυκερίδιο που βρίσκεται σε λινέλαιο, είναι ένας τριεστέρας που προκύπτει από λινολεϊκό οξύ, α-λινολενικό οξύ και ολεϊκό οξύ.

Η εικόνα της και λόγω της cis δομής των ακορέστων οξέων του τριγλυκερίδιου, δίνει ήδη την έννοια της επιφάνειας και βέβαια με τον χρόνο και κατά την επαφή του με τον αέρα το οξυγόνο ενώνεται με τα άτομα των ανθράκων των διπλών δεσμών και δημιουργεί υπεροξειδικούς δεσμούς που συνδέουν τις αλυσίδες μεταξύ τους.

Παραδοσιακά επίσης χρησημοποιούσαν κιμωλία (ανθρακικό ασβέστιο για το στοκάρισμα της εικόνας)

Κόλλα αγιογραφίας CAPAROL 500gr Κουνελόκολλα σε κόκκους 150gr

Οι σύγχρονοι αγιογράφοι χρησιμοποιούν πλέον πιο εύχρηστα υλικά όπως οι κόλλες αγιογραφίας , που χρησιμοποιούναι για πολλές χρήσεις: σαν προστύμματα, σαν σκληρυντικά βερνίκια που καλύπτουν με ένα διαφανές στρώμα την επιφάνεια της εικόνας, σαν στερεωικά αλλά και για να καλύψουν ατέλειες. (Πληροφορίες από Κο Ταταράκη κατά την διάρκεια μαθημάτων Αγιογραφίας σε προγράμματα δραστηριοτήτων του 1ου Γυμν. Δάφνης)

Π.χ. Πολυ (βινυλική αλκοόλη) PVA πολυμερές [CH₂CH(OH)]_n

Συνθετικές όπως caparol, vimavil, ακρυλική ρητίνη,PVA αλλά και άλλες όπως κουνελόκολα που παράγεται από το κολλαγόνο των οστών και του δέρματος του κουνελιού,

Διατίθενται σήμερα σο εμπόριο με διάφορες εμπορικές ονομασίες.

Χρωστικές ανάπτυξης: Υπάρχουν ακόμα χρωστικές που σχηματίζονται στην διάρκεια της κατεργασίας της βαφής

Υπάρχουν ακόμα και οι (Χρωστικές αναγωγής ) στις οποίες το επιθυμητό χρώμα για την βαφική κατεργασία, εμφανίζεται όταν η χρωστική ουσία οξειδωθεί με κάποιον τρόπο (αλλοχρωμία)

ΤΟ ΑΠΛΩΜΑ ΜΙΑΣ ΧΡΩΣΤΙΚΗΣ ΟΥΣΙΑΣ ΠΑΝΩ ΣΕ ΜΙΑ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑ

Οι Διαλύτες

Τα χρώματα που χρησιμοποιούνται για να χρωματίσουμε κάποιο αντικείμενο μπορούν να προσδεθούν στην επιφάνεια ή και να απλωθούν εξωτερικά πάνω σε μια λεπτή μεμβράνη ή και σε έναν βαθμό να προσροφηθούν. Για αυτό η ουσία που έχει το χρώμα διαλύεται συνήθως σε μια άλλη που έχει ανάλογες ιδιότητες, τον διαλύτη ώστε να μπορεί μέσω αυτού να διασκορπιστεί σε ολόκληρη την επιφάνεια που βάφεται.

Ο διαλύτης μπορεί να είναι πτητικός και να εξαμίζεται αφού το χρώμα απλωθεί στην επιφάνεια, αλδεύδες κετόνες αιθέρες , νέφτι κ.α.

ή μπορεί να δημιουργεί διαφανή μεμβράνη στην επιφάνεια στην οποια βρίσκεται διάσπαρτο το χρώμα βαφής όταν στεγνώνει, όπως οι ρητίνες (η αμινο ρητίνη, ρητίνη πολυουρεθάνης, αλκυδικές ρητίνες, θερμοσκληρυνόμενες ακρυλικές ρητίνες, φαινολικές ρητίνες κ.α. ) που πήζουν σε ένα σκληρό βερνίκι ή υαλώδες σμάλτο όταν σκληραίνουν. Σε πολλές ο σκληρός υμένας σχηματίζεται όταν κατά την ξήρανση οξειδώνονται από το οξυγόνο του ατμοσφαιρικού αέρα.

εποξειδικό χρώμα εποξειδική ρητίνη

παραδείγματα

Aκρυλική Ρητίνη: Η ρητίνη που έχει καθιερωθεί στην κορυφαία θέση στους κατασκευαστές χρωμάτων,Αυξάνει την συγκολλητική ικανότητα, βελτιώνει τις μηχανικές αντοχές, αδιαβροχοποιεί . Προκύπτει από τον πολυμερισμό παραγώγων του ακρυλικού οξέος

, μεθακρυλικού οξέος, ακρυλονιτριλίου και άλλων συμπολυμερών.

Το λινέλαιο, που είναι ένας παραδοσιακός διαλύτης, αντικατέστησαν αργότερα άλλες ουσίες, όπως οι συνθετικές ρητήνες με βελτιωμένες ιδιότητες, όπως οτι στεγνώνουν πιο γρήγορα, όμως δεν δίνουν την σκληρότητα και την λάμψη που δίνει το λινέλαιο σαν διαλύτης.

Τα χρώματα λοιπόν με τον ένα ή τον άλλο τρόπο έχουν από παλιά μπει στην ζωή μας για να μας βοηθήσουν να εκφραζόμαστε για να βελτιώσουν την ζωή μας αλλά και να την κάνουν πιο ευχάριστη

Δήμητρα Σπανού

ΠΗΓΕΣ

Η φυσική και η Χημεία του Χρώματος Αργυρίου Ιωακείμ, Ευαγγελίας Βαρελλά

https://el.wikipedia.org/wiki/Λινέλαιο

https://blogs.sch.gr/stayrakant/page/28/

www.snipview.com386 × 169

el.wikipedia.org130 × 197

https://slideplayer.gr/slide/2031115/

kpe-kastor.kas.sch.gr438 × 118

www.chem.uoa.gr/chemicals/chem_aniline.htm

el.wikipedia.org130 × 197

slideplayer.gr960 × 720