domov » Oblikovanje » Kemično bistvo barve. Dejavniki, ki povzročajo barvo kemikalij in vplivajo na njeno spremembo. Kemija barve. Snovi - kameleoni Avto premaz

Kemično bistvo barve. Dejavniki, ki povzročajo barvo kemikalij in vplivajo na njeno spremembo. Kemija barve. Snovi - kameleoni Avto premaz

Nov način za zmanjšanje škode zaradi okvar v različnih strukturah bi bil razvoj izboljšanih metod za odkrivanje škode, preden ta postane kritična. In tu lahko priskočijo na pomoč materiali, ki ob poškodbi spremenijo barvo.

Dodajanje posebnih nanodelcev prozorni polimerni smoli povzroči ustvarjanje "pametnega" materiala, ki spremeni barvo, ko je poškodovan ali ko je blizu uničenja. Takšni materiali se imenujejo "materiali s spremenljivim značajem" (angleško). materiali za prstane razpoloženja ", dobesedno - materiali za prstan razpoloženja, ki spreminja barvo glede na temperaturo osebe," je pojasnil Cole Brubaker, doktorski študent v Laboratoriju za sisteme zanesljivosti (LASIR) na univerzi Vanderbilt.

Material spreminja barvo kot odziv na mehanske obremenitve.

Inteligentne tehnologije spremljanja so trenutno eno najbolj raziskanih vprašanj v civilnem, strojnem in vesoljskem inženirstvu. Ta vprašanja se večinoma rešujejo z razvojem mrež fizičnih senzorjev, ki so pritrjeni na zanimive strukture. Toda ta pristop ima slabosti, kot so visoki stroški opreme in zapletena obdelava pridobljenih podatkov.
Raziskovalci LASIR so ubrali drugačno pot in v sam material vključili svetleče nanodelce, ki se na mehanske obremenitve odzovejo s spreminjanjem svojih optičnih lastnosti. Ta pristop omogoča ustvarjanje nove vrste nadzornega sistema, ki je učinkovit in stroškovno učinkovit.

"Trenutno obstajata dva načina, da vso infrastrukturo, od mostov do letal, ohranimo varno," pravijo raziskovalci. "Eden od njih je, ko ljudje nenehno izvajajo neposredne preglede struktur. Težava pri tem je, da je ta metoda delovno intenzivna in ljudje ne morejo videti zelo majhnih razpok. Drug način je implementacija kompleksnih mrež senzorjev v nadzorovani objekt, ki nenehno ocenjuje stanje strukture in poiščite majhne razpoke ter jih odkrijte, preden postanejo prevelike in začnejo vplivati na varnost konstrukcije. Težava je v tem, da so takšna omrežja zelo draga in v primeru letal dodajo veliko teže. Torej potrebujemo neke vrste. Nato lahko spremenimo materiale, ki jih uporabljamo za odkrivanje teh drobnih razpok."

Začetne študije ekipe so pokazale, da dodajanje majhnih koncentracij specializiranih nanodelcev (od 1 do 5 masnih odstotkov) optično prozorni polimerni matriki povzroči značilno spremembo optičnih lastnosti materiala, ko je izpostavljen širokemu razponu tlačnih in nateznih obremenitev.

Skupina raziskovalcev na univerzi Vanderbilt ni edina, ki uporablja nanodelce za ustvarjanje pametnih materialov, vendar imajo prednost. Uporabljajo posebno vrsto nanodelcev, imenovanih kvantna pika bele svetlobe. Te kvantne pike so edinstvene, ker oddajajo belo svetlobo, medtem ko druge kvantne pike oddajajo le svetlobo pri določenih valovnih dolžinah.

Te posebne kvantne pike so po naključju odkrili leta 2005 na univerzi Vanderbilt med preučevanjem kvantnih pik kadmijevega selenida.

Kvantne pike bele svetlobe imajo edinstvene optične lastnosti v primerjavi z drugimi nanodelci, ker je emisija bele svetlobe površinski pojav. Ko so takšni nanodelci postavljeni v material, reagirajo na dogajanje okoli njih.

V preliminarnih testih so bila steklena vlakna in aluminijasti trakovi prevlečeni s polimerno prevleko, ki vsebuje kvantne pike bele svetlobe, in izpostavljeni zunanjim obremenitvam različnih intenzivnosti. Ugotovili so, da se intenziteta spektra sevanja, ki ga oddajajo kvantne pike, z večanjem obremenitve zmanjšuje.

Graf kaže, da se spekter bele svetlobe kvantnih pik v epoksi smoli na aluminijastih trakovih zmanjšuje, ko se natezna obremenitev traku povečuje.

(LASIR Lab/Vanderbilt)

"Še vedno je veliko nejasnega o mehanizmu pojava, vendar smo pokazali, da dodajanje teh kvantnih pik ultratankim polimernim premazom na kovinskih površinah lahko zagotovi zgodnje opozorilo, ko osnovna kovina utrpi kakršno koli škodo," so povedali raziskovalci.

Raziskovalci verjamejo, da kvantne pike oddajajo svetlobo v širokem spektru, ker več kot 80 odstotkov atomov leži na površini. Vedo tudi, da je vez med površinskimi atomi in molekulami okoli njih kritična.

Tako so raziskovalci potrdili, da lahko material deluje kot nova vrsta merilnika napetosti, ki nenehno beleži mehanske obremenitve na njem.

Raziskovalci so naleteli tudi na številne težave. Na primer, v številnih testih so se epoksidni valji ob stiskanju deformirali v sodčasto obliko in emisijski spekter se je dejansko povečal, namesto zmanjšal. Raziskovalci domnevajo, da se je to zgodilo, ker je deformacija stisnila nanodelce bližje skupaj in se je njihova koncentracija v območju deformacije povečala.

Poleg tega obstaja še ena težava, ki jo bodo morali rešiti, da bi naredili delujoč sistem za odkrivanje poškodb. Kvantne pike trpijo zaradi izpostavljenosti svetlobi. To pomeni, da ko so izpostavljeni svetlobi, sčasoma postopoma zmanjšajo svoj sijaj. Zato je treba tak material zaščititi pred zunanjo svetlobo.

"Obstaja veliko izzivov, ki jih je treba rešiti, preden lahko ustvarimo pameten material, ki je pripravljen za uporabo v resničnem svetu, vendar je trend pozitiven," pravijo raziskovalci.

Realno snemanje spreminjanja barve las pod vročim zrakom

Nevidno / Vimeo

Termokromni pigmenti so snovi ali zmesi snovi, ki spreminjajo barvo glede na temperaturo. To sposobnost ima veliko snovi, vendar praviloma spremembe barve zahtevajo zelo visoke temperature in so povezane s faznimi spremembami ali kemičnimi reakcijami. Obstaja več razredov snovi, pri katerih so termokromne lastnosti dobro izražene in se manifestirajo pri nizkih temperaturah. Zahvaljujoč njim lahko v trgovinah najdete skodelice, katerih oblika se spreminja pod vplivom tople vode, termometrov in celo tkanin.

Tekoči kristali se pogosto uporabljajo kot termokromi – snovi, katerih molekule so razvrščene v stolpce ali liste, tudi kljub tekočemu agregatnemu stanju. Temperaturne spremembe vplivajo na dimenzije konstrukcij, na primer na širino plošč. To se odraža v optičnih lastnostih materialov. Drugi razred termokromov so organska barvila, ki lahko zaradi kemičnih transformacij reverzibilno spremenijo svojo barvo. Primer takih spojin so spiropirani - v strukturi njihovih molekul sta dva obroča atomov, ki se povezujeta na enem mestu. Ko se spremeni temperatura ali kislost medija, se lahko obroči odprejo, kar močno spremeni lastnosti in barvo snovi. Vendar pa so takšna barvila praviloma strupena za kožo, kar omejuje njihovo uporabo.

Avtorji razvoja so bili navdihnjeni stopnja iz filma "The Craft", v katerem junakinje filma s pomočjo uroka spremenijo barvo las eni izmed njih. Da bi zmanjšali toksičnost barve, so razvijalci uporabili polimerna veziva. »Škodljive učinke teh kemikalij lahko preprečimo s postopkom, imenovanim stabilizacija polimerov, pri katerem se verigam podobne molekule (polimeri) ovijejo okoli dražilne snovi,« pravi Lauren Boker, ustanoviteljica podjetja.

Boker je razvil več barvil, ki spreminjajo barvo v različnih temperaturnih območjih. Prehodne točke ustrezajo prehodu med sobno in ulično temperaturo ali ustrezajo temperaturi človeškega telesa. Med razvitimi kompozicijami je črna barva, ki pod vplivom vročega zraka spremeni barvo v rdečo, obstajajo barve, ki se spreminjajo iz črne v belo, iz srebrne v bledo modro, iz modre v belo in iz črne v rumeno.

Obstajajo tudi druge vrste pigmentov, ki spreminjajo barvo pod vplivom zunanjih vplivov. Na primer, fotokromi spremenijo barvo pod vplivom svetlobe, mehanokromi - ko se deformirajo, elektrokromi - pod vplivom električnega toka. Poleg uporabe teh snovi za okras, znanstveniki uporabljajo transformacije spojin tudi za temeljne namene. Tako so pred letom dni kemiki iz Nemčije in Japonske razvili »škarje« nano velikosti, ki se lahko pod vplivom svetlobe reverzibilno odpirajo in zapirajo. Temeljili so na molekuli DNK, modificirani s fotokromnim azobenzenom.

Vladimir Korolev

Ljudje in vse živali (žuželke, prebivalci morij in oceanov, tudi najpreprostejši mikroorganizmi) imajo vid različnih stopenj ločljivosti in v mnogih primerih barvni vid.

Kot posledica interakcije svetlobnih žarkov določene dolžine (380–700 nm), ki ustrezajo vidnemu delu sončnega spektra, s prozornimi in neprozornimi predmeti, ki vsebujejo anorganske in organske snovi določene kemijske strukture (barvila in pigmenti) ali predmeti s strogo organizirano strukturo nanodelcev (strukturno barvanje) pride do selektivne absorpcije žarkov določene valovne dolžine in v skladu s tem se preostali (manj absorbirani) žarki odbijejo (neprozorni predmet) ali prepustijo (prozoren predmet). Ti žarki vstopijo v oko živali z barvnim vidom na biosenzorje in povzročijo kemični impulz, ki ustreza energiji kvantov svetlobnih žarkov, ki zadenejo mrežnico, in jih živčni sistem prenese v določen del možganov, ki je odgovoren za vid. zaznavanje in tam se oblikuje občutek barvne podobe okoliškega sveta.

Da bi vsak izmed nas videl svet kot lep v vsej njegovi pestrosti barv, je nujna kombinacija določenih fizikalnih, kemičnih, biokemičnih in fizioloških pogojev, ki so izpolnjeni na našem planetu. Ali morda na nekaterih drugih?

Prisotnost v sončnem spektru žarkov (vidni del spektra), ki dosežejo zemeljsko površino z valovno dolžino 380–700 nm. Vsi žarki sončnega spektra ne dosežejo zemeljske površine. Tako ozonski plašč absorbira močno (visoko energijo, ki ubija žive organizme) ultravijolično sevanje (< 290 нм), благодаря чему на планете Земля существует жизнь.
Narava in nato človek sta ustvarila številne snovi in materiale, ki so zaradi svoje kemijske in fizikalne strukture sposobni selektivno absorbirati žarke vidnega dela spektra. Takim snovem in materialom pravimo obarvane in obarvane.
Evolucija (mnogo milijonov let) žive snovi je obdarila živa bitja z biosenzorji (»biospektrofotometri«) - vidom, ki se lahko selektivno odziva na kvante vidnih žarkov, živčnim sistemom in strukturo možganov (višje živali), ki pretvarjajo fotoimpulze v biokemične ki ustvarjajo barvno sliko v naših možganih.

Tradicionalno, že dolgo (več tisoč let), posnemanje narave (podnevi je skoraj vse obarvano, obarvano, vse barve mavrice), se naučili izdelovati barvne in barvane materiale in uspeli v mnogih pogledih. Sredi prejšnjega stoletja (1854) je William Perkin, študent 3. letnika King's College (Anglija, London), sintetiziral prvo sintetično barvilo - mauvais. To je pomenilo začetek oblikovanja industrije anilinskih barvil (prva industrijska revolucija). Pred tem so ljudje več tisoč let uporabljali naravne barvne snovi (barvila, pigmente).

Toda v naravi barvila in pigmenti ne opravljajo le zelo pomembne in večnamenske funkcije barvanja naravnih predmetov, ampak tudi vrsto drugih nalog: zaščita pred škodljivimi mikroorganizmi (v rastlinah), pretvarjanje svetlobne energije v biokemično energijo (klorofil, rodopsin). ), itd.

Kromova barvila in barvila (barvila, pigmenti, nanostrukture)

Še enkrat je treba poudariti, da obstajata dva mehanizma za pojav barve:

Zaradi prisotnosti v substratu barvnih (barvil, pigmentov) snovi določene kemične strukture;
Zaradi fizikalne zgradbe urejenih nanoplasti, nanosatovja, nanodelcev (molekul, supramolekul, kristalov, tekočih kristalov), na katerih prihaja do pojavov interference, uklona, večkratnega odboja, loma itd.

Za obarvanost prvega in drugega mehanizma njegovega nastanka je mogoče opaziti krom. Kaj je krom, s katerim se navaden človek srečuje precej pogosto, barvni kemik pa se s tem pojavom ne samo nenehno srečuje, ampak se je tudi prisiljen boriti z njim ali ga je v vsakem primeru dolžan upoštevati in še bolje uporabiti ( o tem je treba še razpravljati).

Chromia- To reverzibilen sprememba barve (barve, odtenka, intenzivnosti) pod vplivom nekaterih zunanjih fizikalnih, kemičnih in fizikalno-kemijskih impulzov.

Kromije ne smemo zamenjevati z ireverzibilnimi spremembami, ko pride do uničenja barvnega sistema. Te ireverzibilne spremembe barve se ocenjujejo kot stabilnost barve na različne dejavnike.

Glede na to, kateri dejavnik ali impulz povzroči reverzibilno spremembo barve, ločimo naslednje vrste kroma: foto-, termo-, kemo-, solvato-, mehano-, elektro-, magnetokromija.

fotokromija(reverzibilna sprememba barve ali prepustnosti svetlobe) - pod vplivom elektromagnetnega sevanja, vključno z naravnimi (sončna svetloba) ali umetnimi viri sevanja. Barvni kemiki se srečujejo s tem negativnim pojavom, ko uporabljajo barvila z visoko nagnjenostjo k fotokromiji. Izdelki iz materiala, pobarvanega s temi barvili, ob izpostavljenosti močni sončni svetlobi opazno spremenijo svoj barvni odtenek, vendar je to reverzibilno, v temi (v omari, ponoči) pa se barva vrne v prvotno barvo. Vendar je ta pojav histeretični in po določenem številu ciklov barva izgubi svojo intenzivnost (fotodestrukcija). Barvila, nagnjena k fotokromiji, praviloma nimajo dovolj visoke svetlobne obstojnosti.

Nagnjenost barvil k fotokromiji se ocenjuje po standardu ISO.

Termokromija– reverzibilna sprememba barve (barve, odtenka) pri segrevanju barvanega predmeta. Ta pojav opažamo v vsakdanjem življenju, ko likamo barvane tekstilije; Termokromija je še posebej izrazita, če izdelke pred likanjem navlažimo. Po določenem času po ohlajanju se barva vrne v prvotno barvo. Vsako barvilo ima drugačno nagnjenost k termokromiji; na tkaninah iz sintetičnih vlaken je bolj izrazita.

kemokromija– reverzibilna sprememba barve pod delovanjem kemičnih reagentov (sprememba pH, delovanje oksidantov in reducentov).

Kateri kemik ni uporabil barvnih reakcij indikatorskih barvil za določanje pH medija? Vsa indikatorska barvila so kemokromi.

Tehnologija barvanja s kadnimi pigmenti (običajno imenovanimi barvila) temelji na reverzibilnih redoks procesih: najprej pretvorimo netopni barvni pigment v šibkeje obarvano levko obliko z reducenti v alkalnem mediju, nato pa ponovno v barvni pigment z oksidacijo.

Solvatokromija– reverzibilna sprememba barve pri menjavi topila (polarno v nepolarno in obratno).

Mehanokromija– reverzibilna sprememba barve (barve) pri deformacijskih obremenitvah barvanega materiala.

Elektrokromija in magnetokromija– reverzibilna sprememba barve pri prehajanju različnih vrst toka in delovanju magnetnega polja na barvani predmet.

Splošni mehanizmi kroma

Vse te vrste kroma imajo skupen mehanizem, očitne pa so tudi posebne značilnosti, povezane z naravo (fizika, kemija, fizikalna kemija) samega impulza.

Kot je bilo že rečeno, obarvanost, barvo pod vsemi drugimi potrebnimi pogoji (o njih smo že razpravljali) določa kemijska struktura snovi ali fizična nanostruktura, zaradi katere je snov, predmet, material obarvan in obarvan. Pri barvanju, pri nastanku katerega sodelujejo barvne snovi (barvila, pigmenti), morajo imeti molekule teh snovi specifično strukturo, ki je odgovorna za selektivno absorpcijo žarkov vidnega dela spektra. Pri organskih barvilih in pigmentih se tisti del njihove molekule, ki določa to lastnost, imenuje kromofor. Po teoriji barve je kromofor v organskih snoveh struktura z dokaj razširjenim sistemom konjugiranih dvojnih vezi (konjugacija).

Daljša kot je veriga konjugacij, globlja je barva snovi, zgrajenih iz takšnih molekul.

Za sistem konjugirane vezi je značilna določena gostota π- in d-elektronov, zaradi česar lahko snov pri interakciji s sončnimi žarki (njenim vidnim delom) selektivno absorbira nekatere od njih.

Posledično je pojav kroma nujno povezan z reverzibilno tvorbo ali spremembo strukture kromoforja. Če je obarvanje posledica prisotnosti strogo organizirane nanostrukture (strukturno obarvanje), potem je kromizem povezan z reverzibilno organizacijo ali dezorganizacijo te strukture pod vplivom zunanjih impulzov. Pod vplivom zunanjih dejavnikov ni nujno, da pride do reverzibilne kemijske modifikacije molekule, vendar je zelo pogosto to povezano s prostorsko izomerijo (npr. cis-trans izomerija azo barvil), prehodom iz amorfnega v kristalno stanje (lonci na stopnji miljenja z vrelimi raztopinami površinsko aktivnih snovi) itd.

Posebnosti mehanizma nastanka kroma v odvisnosti od narave in vrste impulzov, ki ga povzročajo, bomo orisali pri obravnavi posameznega tipa kroma.

fotokromija

Najbolj raziskana vrsta kroma. Fotofizične in fotokemične transformacije barvil so postale predmet proučevanja izjemnih fizikov in kemikov zadnjih nekaj sto let, takoj ko so se začeli oblikovati temelji fizikalnih in kemijskih predstav o svetu (I. Newton, A. Einstein, N. Vavilov). , N. Terenin itd.).

Fotokromija, kot del širše znanstvene in praktične usmeritve - fotonike, je osnova lastnosti številnih naravnih in umetnih pojavov in materialov.

torej rodopsin– naravni vidni pigment (kromoprotein), visoko kromasta fotoaktivna snov, ki jo vsebujejo paličice mrežnice sesalcev in ljudi. V bistvu je vizualni fotosenzor. Če bi bila njegova fotoaktivnost ireverzibilna, te funkcije ne bi mogel opravljati. Evolucija žive narave je to snov za učinkovit vid ustvarila in izbrala že na samem začetku evolucije (pred ~ 2,8 milijarde let). To barvilo, rodopsin, je prisotno v arhaičnih (prvotnih), primitivnih bakterijah Halobacterium halolium, ki pretvarjajo svetlobno energijo v biokemijsko.

Mehanizem fotokromije rodopsina vključuje zelo kompleksne biokemične transformacije.

V primeru fotokromije med prehodom iz brezbarvne spojine v obarvano lahko diagram prehoda predstavimo na naslednji način:

Slika 1. Na absorpcijskih spektrih se bo reverzibilni prehod odražal v obliki krivulj A in B.

Brezbarvna snov A intenzivno absorbira svetlobo v bližnjem UV (~ 300 nm), preide v fotovzbujeno stanje, katerega energija se porabi za fotokemične transformacije snovi A v snov B s kromoforjem, ki absorbira v vidnem delu spektra. Povratna transformacija se lahko zgodi v temi ali pri segrevanju. Vrnitev v prvotno stanje se zgodi spontano (zaradi dovajanja toplote) ali pod vplivom svetlobe (hυ2). Pri prehodu iz spojine A v spojino B se njena elektronska gostota spremeni in molekula B pridobi sposobnost absorbiranja fotonov nižje energije, torej absorbira žarke vidnega dela spektra. Iz fotovzbujenega stanja se lahko molekula B ponovno vrne v brezbarvno stanje A. Praviloma napredna reakcija 1 poteka veliko hitreje kot povratna reakcija 2.

Treba je razlikovati med fizikalnimi in kemičnimi mehanizmi fotokromije. Fizična fotokromija temelji na prehodu molekule snovi za nekaj časa v fotovzbujeno stanje, ki ima absorpcijski spekter, ki se razlikuje od začetnega stanja. Kemična fotokromija temelji na globokih intramolekularnih preureditvah pod vplivom svetlobe, ki potekajo skozi stopnje fotoekscitacije.

Kemična fotokromija barvnih snovi temelji na naslednjih transformacijah, ki jih povzroči absorpcija svetlobnih kvantov s strani molekule in njen prehod v fotovzbujeno stanje:

redoks reakcije;
tavtomerne prototropne transformacije;
cis-trans izomerija;
preureditve fotografij;
fotoliza kovalentnih vezi;
fotodimerizacija.

Trenutno je znanih in raziskanih veliko fotokromnih snovi anorganske in organske narave. Anorganski fotokromi: kovinski oksidi, spojine titana, bakra, živega srebra, nekateri minerali, spojine prehodnih kovin.

Ti zanimivi fotokromi žal niso preveč primerni za fiksiranje na tekstilne materiale zaradi pomanjkanja afinitete do vlaken. Vendar se uspešno uporabljajo kot take ali na podlagah različnih vrst.

Organski fotokromi so bolj primerni za fiksacijo na tekstil (imajo afiniteto) in so okolju manj škodljivi.

To so predvsem spiropirani in njihovi derivati, spirooksazini, diariletani, triarilmetanska barvila, stileni in kinoni. Naj navedemo primer fotoiniciiranih fotokromnih transformacij spiropirana, kot najbolj raziskanega fotokroma. Fotokromizem spiropiranov in njihovih derivatov temelji na reverzibilnih reakcijah: pretrganje kovalentnih vezi v molekuli pod vplivom UV in njihovo obnavljanje pod vplivom žarkov kvantov vidnega dela spektra ali zaradi segrevanja. Slika 2 prikazuje diagram fotokromnih transformacij spiropiranov in njihovih derivatov.

Kot je razvidno, izvirna oblika spiropirana nima konjugiranega sistema dvojne vezi in so zato te spojine brezbarvne. Fotoekscitacija sproži cepitev šibke spiro-(C-O) vezi, zaradi česar novi dve obliki (cis- in trans-) derivati cianina pridobijo konjugiran sistem dvojnih vezi in s tem barvo.

Termokromija– reverzibilna sprememba barve pri segrevanju; Ko se ohladi, se barva vrne v prvotno barvo. Kot v primeru fotokromije je to povezano z reverzibilnimi spremembami v strukturi molekule in s tem s spremembami v absorpcijskem spektru in barvi.

Termokromi so lahko, tako kot v primeru fotokromov, anorganski in organski.

Med anorganske termokrome spadajo indijevi in cinkovi oksidi, kompleksi kromovega in aluminijevega oksida itd. Mehanizem termokromije je sprememba agregacijskega stanja ali geometrije liganda v kovinskem kompleksu pod vplivom temperature.

Anorganski kompleksi niso primerni za tekstil, saj za spremembo barve zahtevajo visoke temperature, pri katerih se tekstilni material termično razgradi.

Organski termokromi lahko reverzibilno spremenijo barvo na dva mehanizma: neposredno ali senzibilizirano. Neposredni mehanizem običajno zahteva razmeroma visoke temperature (ni primerno za tekstil), kar povzroči pretrganje kemičnih vezi ali molekularnih konformacij. Oboje vodi do pojava oziroma spremembe barve. Pri segrevanju se lahko pojavijo tudi strukturne, fazne spremembe, na primer prehod v tekoče kristalno stanje in posledično pojav strukturne barve zaradi čisto fizičnih, optičnih pojavov (interferenca, lom, uklon itd.).

Prekinitev kemičnih vezi, ki vodi do reverzibilnega videza barve, kot v primeru fotokromije, je povezana s tvorbo verige konjugiranih dvojnih vezi. Tako se obnašajo derivati spiropirana (60° – rdeča, 70° – modra).

Stereoizomerizacija pri segrevanju zahteva razmeroma visoke temperature (>100°C). Pri likanju tekstilij na osnovi sintetičnih vlaken, barvanih z azo barvili, potrošnik pogosto opazi reverzibilno spremembo barvnega odtenka, ki je posledica cis-trans izomerije azo spojin.

Drug razlog za neposredno termokromijo je lahko izomerija, povezana s prehodom iz ravninske (koplanarne) oblike molekule v volumetrično.

Posebno pozornost je treba nameniti termokromiji kristalnih struktur, reverzibilnemu prehodu v tekoče kristalno obliko. Tekoči kristali: vmesno agregatno stanje med trdnim kristalom in tekočino; prehod med katerima se zgodi s spremembo temperature. Določena stopnja urejenosti molekul v tekočem kristalnem stanju povzroči, da prikažejo strukturno barvo, ki je odvisna od temperature. Obarvanost v obliki tekočih kristalov je odvisna od lomnega količnika, ta pa od posebnosti te strukture (orientacija in debelina plasti, razdalja med njimi). Podobno obnašanje (strukturna obarvanost) izkazujejo nekatere strukture žive in nežive narave: opali, barva perja ptic, morskih bitij, metuljev itd. Resda ne gre vedno za tekoče kristalne oblike, ampak pogosteje za fotonske kristale. . Strukture tekočih kristalov spreminjajo barvo v območju –30 – +120°C in so občutljive na zelo majhne temperaturne spremembe (Δ 0,2°C), zaradi česar so potencialno zanimive na različnih področjih tehnologije.

Vse to so bili primeri neposrednega termokromnega mehanizma, ki zahteva visoke temperature in je zato malo uporaben za tekstil.

Mehanizem indirektne (senzibilizirane) termokromije je, da lahko snovi, ki nimajo termokromnih lastnosti, pri segrevanju sprožijo kromov mehanizem drugih snovi. Zanimivi so sistemi z negativnim termokromnim učinkom, ko se barva pojavi pri sobni temperaturi ali nižji, pri segrevanju pa barva reverzibilno izgine.

Ta termokromni sistem je sestavljen iz 3 komponent:

Barvilo ali pigment, občutljiv na spremembe pH (indikatorsko barvilo), na primer spiropirani;
Donatorji vodika (šibke kisline, fenoli);
Polarno, nehlapno topilo za barvilo in donorje vodika (ogljikovodiki, maščobne kisline, amidi, alkoholi).

V takem 3-komponentnem sistemu sta pri nizkih temperaturah barvilo in donor vodika v trdnem stanju v tesnem stiku in pojavi se barva. Pri segrevanju se sistem stopi, interakcija med glavnimi partnerji pa izgine skupaj z barvo.

elektrokromija nastane zaradi adicije ali donacije elektronov s strani molekul (redoks reakcije). Začetek teh reakcij in razvoj barve je mogoče doseči z nizkim tokom (le nekaj voltov, običajne baterije bodo zadostovale). Hkrati, odvisno od moči toka, barva spremeni barvo in senco (najdba za modna oblačila - "kameleon").

Elektrokromi (seveda morajo biti prevodni prevodniki): kovinski oksidi prehodne valence (iridij, rutenij, kobalt, volfram, magnezij, rodij), kovinski ftalocianini, dipiridinske spojine, fulereni z dodatkom alkalijskih anionov, električno prevodni polimeri z konjugirana veriga dvojnih vezi (polipirol, polianilin, politiofeni, polifurani).

Glavna področja uporabe elektrokromnih materialov so: modna oblačila, ki spreminjajo barvo; kamuflaža, ki se popolnoma ujema z barvo okolja (jutro, popoldan, mrak, noč); naprave, ki merijo jakost toka z intenzivnostjo barve.

Solvatokromija– reverzibilna sprememba barve ob zamenjavi topila (polarno v nepolarno in obratno). Mehanizem solvatokromije je razlika v solvatacijski energiji osnovnega in vzbujenega stanja v različnih topilih. Odvisno od narave nadomeščenih topil pride do batokromnih ali hipsokromnih premikov v absorpcijskih spektrih in s tem do spremembe barvnega odtenka.

Večina solvatokromov je kovinskih kompleksnih spojin.

Mehanokromija– se kaže v prisotnosti deformacijskih obremenitev (tlak, napetost, trenje). To je najbolj očitno pri barvnih polimerih, katerih glavna veriga je dolga veriga konjugiranih dvojnih π vezi. Da bi pokazali mehanokromijo, je pogosto potrebno kombinirano delovanje mehanskih impulzov, segrevanja in sprememb pH okolja.

Na primer, polidiacetileni imajo pri hlajenju brez mehanskih obremenitev modro barvo (λ ~ 640 nm), v stresnem stanju pri 45 ° C postane material, namočen v acetonu, rdeč (λ ~ 540 nm). S kemijsko modifikacijo mehanokromnih polimerov je možno spremeniti barvni spekter ob mehanskih obremenitvah.

S cepilno polimerizacijo polidiacetilena s poliuretanom dobimo elastomerni polimer, ki ga lahko uporabimo na različnih področjih za ocenjevanje mehanskih obremenitev s spremembo barve, pa tudi v modnih “stretch” oblačilih iz vlaken te strukture. Na mestih upogibov (kolena, komolci, medenica) se bo pojavila obarvanost.

Najbolj presenetljivi primeri uporabe kroma v praksi trenutno

fotokromija. Koloristični učinki: sprememba ali videz barve ob obsevanju z UV žarki: tkanine, čevlji, nakit, kozmetika, igrače, pohištvo; zaščita bankovcev, dokumentov, znamk, kamuflaž, aktinometrov, dozimetrov, oken, sončnih leč, fasad iz stekla in drugih materialov, optični pomnilnik, foto stikala, filtri, stenografija.

Termokromija. Merjenje temperature (termometri), indikatorska embalaža živilskih izdelkov, zaščita dokumentov, tekočekristalni termokromni sistemi za dekoracijo različnih materialov, kozmetika, merjenje temperature kože.

Chromia v modnih oblačilih. Mikrokapsule s fotokromnimi barvili (derivati spiropirana) se vnesejo v tiskarsko barvo in nanesejo na tkanino s tehnologijo tiska. Pri osvetlitvi s sončno svetlobo (vsebuje blizu UV ~ 350–400 nm) se pojavi reverzibilna barva (modra - temno modra).

Japonsko podjetje Tory Ind Inc je razvilo tehnologijo za proizvodnjo termokromnih tkanin z uporabo mikroinkapsulirane mešanice 4 termokromnih pigmentov. V temperaturnem območju –40 – +80°С (stopnja toplotne občutljivosti ~ 5°С) se barva spremeni, tako da pokriva skoraj celoten barvni spekter (64 odtenkov). Ta tehnologija se uporablja za zimska športna oblačila, modna ženska oblačila in za okenske zavese.

Predlagana je zanimiva tehnologija za kombiniranje prevodne preje, barvane s termokromnimi barvili (vključevanje kovinskih niti). Uporaba šibkega toka povzroči, da se preja segreje in obarva. Če je tkanina s prevodnimi nitmi potiskana s termokromnimi barvili, potem lahko s spreminjanjem tkanja in jakosti toka ne samo razvijete in spremenite barvo, temveč tudi ustvarite različne vzorce. Mehkužci so sposobni takšne spremembe vzorca s pomočjo kromatoforjev (organelov, ki vsebujejo mehanokromne pigmente). Takšne tkanine se lahko uporabljajo in se uporabljajo za kamuflažo, barva in vzorec se spreminjata glede na vrsto okolice (puščava, gozd, polje) in čas dneva. Po tem principu je izdelan fleksibilen zaslon na tekstilni osnovi, ki je nameščen na vrhnjih oblačilih. Ko je na tak zaslon priključen nizek tok (na primer iz baterije), se lahko prikaže animacija.

Oblačila iz raztegljivih (elastomernih) vlaken, barvanih z mehanokromnimi barvami, izgledajo zelo impresivno. Mesta oblačil z večjo raztegljivostjo (kolena, komolci, medenica) imajo drugačno barvo od ostalih delov oblačil.

Kromirana barvila omogočajo izdelavo kamuflažnih tekstilij in oblačil. Če je tekstil potiskan z mešanico običajnih tekstilnih in fotokromnih barvil, je mogoče kamuflažo doseči v vseh svetlobnih pogojih in okoljskih pogojih.

Kameleonske kamuflažne tkanine je mogoče izdelati s tiskanjem z elektrokromnimi barvili. Z uporabo šibkega toka lahko dosežete popolno zlitje barve in vzorca z okoljem.

Problem zaščite bankovcev, poslovnih papirjev in boj proti ponarejenim izdelkom uspešno rešujemo s pomočjo kromovih barvil in pigmentov ter predvsem foto- in termokromnih. Nanos brezbarvnih kromovih substanc na material omogoča njihovo detekcijo pod UV osvetlitvijo ali segrevanjem.

Nadaljnje možnosti za uporabo kromovih barvil (snovi)

Hkrati z uporabo kromovih (termo-, foto-, elektro-, mehanskih) barvil pri izdelavi modnih oblačil in obutve z zanimivimi barvnimi učinki se širi njihova uporaba v tehnične namene: optika, fotonika, računalništvo, odkrivanje škodljivih snovi.

Pri uporabi kromovih barvil na tekstilu se pojavijo naslednje težave:

visoka cena;
težave pri fiksiranju in zagotavljanju trajnega učinka v pogojih delovanja izdelka (pranje, kemično čiščenje, svetlobna obstojnost);
omejeno število ciklov reverzibilnosti barve;
toksičnost.

Prednost, ki pritegne fenomen kroma, je zmožnost, da materialom in izdelkom daje posebne lastnosti (funkcionalnost), ki jim jih ni mogoče prenesti na noben drug način.

A.N.Terenin. "Fotonika molekul barvil in sorodnih organskih spojin". - Leningrad: Znanost, 1967. - 616 str.
V.A.Baračevski, G.I.Laškov, V.A.Čehomski. "Fotokronizem in njegove aplikacije." Moskva, "Kemija", 1977 - 280 str.
H. Meier. Die Photochemie der organischen Farbstoffe; Springer. Verlag: Berlin-GBttingen-Heidelberg, 1964; str. 471.
G. E. Kričevskega. Fotokemične transformacije barvil in svetlobna stabilizacija barvnih materialov. – M.: Kemija, 1986. – 248 str.
G.E.Krichevsky, J.Gombkete. Svetlobna obstojnost barvanih tekstilij. M., Lahka industrija, 1975 - 168 str.
Ju. A. Eršov, G. E. Kričevski, Napredek v kemiji, v. 43, 1974, 537 str.
U.A. Eršov, G.E. Kričevski. Text.Res.J., 1975, v.45, str.187–199.
G. E. Kričevskega. ZhVKhO po imenu D. I. Mendeleev, 1976, v. 21, št. 1, str. 72–82.
Fotokemija barvanih in pigmentiranih polimerov / ed. od N. S. Allen, J. F. McKellar. Applied Science Publishers Ltd, London, 1980, str. 284.
G. E. Kričevskega. Kemijska tehnologija tekstilnih materialov. T.2 (barvanje). M., Moskovska državna univerza, 2001, 540 str.
G. E. Kričevskega. Razlagalni slovar izrazov (tekstilstvo in kemija). M., Moskovska državna univerza, 2005, 296 str.
G. E. Kričevskega. Strukturno barvanje. “Kemija in življenje”, 2010, št. 11, str. 13–15.
G. E. Kričevskega. Človek, ki je ustvaril pester jutri. "Kemija in življenje", 2007, str. 44–47.
Raziskovalne metode v tekstilni kemiji. Ed. G. E. Kričevskega. M.: Legprombytizdat, 1993 – 401 str.
G. E. Kričevskega. Kemijske, nano-, biotehnologije v proizvodnji vlaken, tekstila in oblačil. M., Moskovska državna univerza, 2011, 600 str., v tisku.

Vsi delamo trike. Mnogi od nas poznamo nekaj preprostih trikov, s katerimi lahko presenetimo svoje prijatelje med zabavo ali jih pokažemo svojim otrokom in jih nasmejimo. Danes bomo naredili neke vrste kemijski poskus, ki lahko postane tudi lep čarovniški trik.

Najprej si oglejmo video:

Za pripravo naše čudežne tekočine se boste torej morda morali odpraviti v lekarno, a zagotavljamo vam, da se splača.

Potrebovali bomo:
- dva kozarca enake velikosti;
- dva majhna kozarca (lahko iz plastike);
- posoda, v katero bomo nalili toplo vodo;
- Žlica s katero bomo mešali;
- krompirjev ali koruzni škrob;
- en gram vitamina C;
- tinktura joda;
- vodikov peroksid (3%);
- Brizge za natančnejše odmerjanje vseh komponent.

Če je vitamin C v obliki tablet, jih je treba zdrobiti v prah. Najprej moramo v plastični kozarec dodati gram vitamina in dodati 60 ml tople vode.

Naslednji korak je priprava tekočega škroba, tako da eno čajno žličko škroba vmešamo v 150 ml hladne vode. Nato dodajte še 150 ml vrele vode in dobro premešajte.

Vzemite dva enaka kozarca in vanje nalijte 60 ml tople vode.

V prvi kozarec dodajte 5 ml jodove tinkture in 10-12 ml tekočine z vitaminom C. Po dodajanju tekočine z vitaminom se bo jod popolnoma razbarval.

V drugi kozarec dodajte 15 ml vodikovega peroksida in 7 ml tekočega škroba.

Pripravljalna faza je končana, kar pomeni, da lahko preidete na sam trik. Vzamemo kozarce in prelijemo tekočino iz enega v drugega.

Po tem nam preostane le še en kozarec na mizo in čakanje. Tekočina bo kmalu spremenila barvo v temno. V kemiji je ta poskus znan kot jodna ura. Če na najbolj dostopen način predstavimo bistvo eksperimenta, lahko rečemo, da je to nekakšen spopad med škrobom, ki jod spremeni v temno tekočino, in vitaminom C, ki to prepreči. Sčasoma se vitamin popolnoma porabi in tekočina takoj spremeni barvo. Čarovnija je uspela. Mimogrede, če temni tekočini dodate še malo vitamina C v prahu, bo tekočina spet za nekaj časa obarvana.

Termokromna barva je sodoben material, ki se uporablja za ustvarjanje nenavadnih premazov, ki lahko spremenijo barvo pod vplivom različnih temperatur. Zahvaljujoč temu učinku so toplotno občutljive spojine našle široko uporabo v različnih panogah, od proizvodnje spominkov do barvanja avtomobilov.

Lastnosti zdravilne učinkovine

Aktivna komponenta v sestavi je termokromni pigment. To je tisto, kar zagotavlja reakcijo prevleke na segrevanje ali hlajenje, ki jo spremlja sprememba barve. Amplituda temperaturnih nihanj je 15–70 °C.

Vrednost, pri kateri se začne reakcija, je individualna za vsako specifično sestavo.

KATO_Katosha - Chameleon Hair (PRAVANA VIVIDS Mood Color)

PRAVANA VIVIDS Mood Color je prvi pigment na svetu, ki spreminja barvo las glede na temperaturo. TA...

Termokromni pigmenti so v materialu v obliki tekočih kristalov, zaprtih v mikrokapsulah, kar omogoča njihovo mešanje z različnimi raztopinami, na primer barvami na oljni, gumijasti ali akrilni osnovi. Aktivna sestavina se običajno giblje od 5 do 30% celotne mase barvila objektov; ta številka je odvisna od zahtevanega rezultata.

Vrste termičnih barv

Termokromne spojine delimo v dve skupini:

povratno,
nepovratna.

Prvi vključujejo tiste premaze, ki zagotavljajo povratni vizualni učinek, to je, da lahko spremenijo senco in se vrnejo v prvotno stanje, ko se temperatura vrne v normalno stanje. Ta "trik" se ponovi velikokrat.

V drugem primeru barva enkrat spremeni barvo in končno premaz ne bo več reagiral na toploto ali mraz.

Področja uporabe

Povratne termokromne barve se uporabljajo širše kot njihove "podobne" barve za enkratno uporabo. Ti materiali so pridobili veliko popularnost med lastniki avtomobilov, ki želijo svoj avto narediti izviren v svoji zunanji zasnovi.

Prevleke za avtomobile

Toplotno občutljiva barva je božji dar za tiste, ki radi eksperimentirajo in kreativno pristopijo k negi avtomobila. Vsakdo lahko ustvari novo zanimivo podobo za svojega železnega konja z lastnimi rokami, saj delo z barvo, ki spreminja barvo, ni težko. Lahko se nanaša celo z običajnim čopičem ali valjčkom, čeprav je najboljša možnost za barvanje avtomobilske karoserije seveda razpršilec.

Termokromni material ne more biti le vrhunec dekorja, ampak ima tudi pomembno praktično funkcijo: če se pri segrevanju premaz avtomobila začne obarvati belo ali drug svetel odtenek, potem bo telo v vročem vremenu lahko odbijalo sončne žarke. žarki in površino avto se bo manj pregreval.

Če želite ustvariti kompleksen vizualni učinek, lahko uporabite naslednjo tehniko: pobarvajte avto v več slojih toplotne barve z uporabo sestavkov z različnimi temperaturnimi pragovi. kako jasno stena iz stare barve doma? Risbe, narejene s šablono ali ročno nanesene (če imate talente umetnika), bodo pomagale dodati "čarovnijo".

Barve, ki spreminjajo barvo glede na temperaturo? Avto, pri oblikovanju katerega so strokovno uporabili toplotno občutljive barve, preprosto ne more ostati neopažen v toku drugih avtomobilov!

Medtem ko se veselite priložnosti, da okrasite svoje vozilo, morate vseeno vedeti, da ima termokromatska barva tudi nekaj slabosti:

nizka odpornost na svetlobo: da bi zaščitili premaz karoserije avtomobila pred uničujočimi učinki ultravijoličnega sevanja, boste morali nanesti plast posebnega laka in opremiti parkirno mesto z nadstreškom (najboljša možnost je garaža);
v primeru mehanskih poškodb bo potrebno celotno prebarvanje avtomobila;
težave pri registraciji avtomobila, ki nima trajne barve;
občutljiv na toploto barvilo- drag material.

Posoda, ki spreminja barvo

Skodelica za čaj ali kavo, na površini katere se pojavi smešen napis ali dizajn, ko vanjo pride topla pijača, je dobro nepozabno darilo. Predjed z nastajajočim vzorcem je zanimiv detajl pri postavitvi mize. Barva, ki spreminja barvo glede na temperaturo za barvanje?

In različne otroške jedi, ki dajejo vizualni signal, ko je kaša ali mleko prevroča, so koristna stvar v vsakdanjem življenju mladih mamic.

Pomembno: termokromne barve ne vsebujejo strupenih snovi, posode, pobarvane s temi materiali, pa so varne za zdravje.

Krpo

Tudi v tekstilni industriji se uporabljajo spojine, ki spreminjajo barvo glede na temperaturo. Tako vas lahko navadna majica s kratkimi rokavi, oblečena na telo, preseneti z modnim potiskom, ki se pojavi, na vaših kavbojkah pa se bo pojavil eleganten vzorec ali etiketa.

Spominki in dekorativni elementi

V tej panogi je neobičajno široko področje uporabe termokromnih materialov: okraski in girlande za božična drevesca, drugi praznični pripomočki, originalna svetila in svečniki, obeski za ključe, darilni papir itd. Odlična stvar je, da lahko veliko stvari naredite in pobarvate sami, na primer narišete sliko ali ustvarite ploščo s "skrivnostjo".

Tiskani izdelki

Vizitke, ki »oživijo« od dotika toplih rok, reklamne brošure ali revije s promocijo parfumov (zdrgnite stran!), otroške slikanice, razglednice – vse to je pogosto izdelano s toplotno občutljivimi spojinami, na srečo pa je njihova barvna paleta precej bogata.

Na splošno lahko vsakdo sam najde izvirno uporabo teh nenavadnih materialov v vsakdanjem življenju, z uporabo domišljije in malo truda.

Dodatne informacije:

Druga prednost, ki jo ima termokromna barva, je cena. Ob upoštevanju lastnosti tega materiala je precej nizka (1500 rubljev za 25-gramski kozarec, ki traja dolgo časa). Takšne rešitve pritegnejo stranke in so odlična oglaševalska poteza.

Pod + 20 stopinj – za nanašanje snovi na posode, ki se bodo uporabljale za brezalkoholne pijače.
+ 29… + 31 stopinj – primerno za površine, ki bodo ob izpostavljenosti telesni temperaturi (ob dotiku) spremenile barvo. Uporaba tega učinka se pogosto uporablja v reklamne namene, na majicah, revijah in knjižicah.
Nad + 43 stopinj - materiali, namenjeni za izdelke, ki bodo vplivali na vroče temperature (posode za tople napitke). V tem primeru učinek spreminjanja barve opravlja ne le dekorativno, ampak tudi opozorilno funkcijo.

Za nanašanje na skodelice uporabite termokromno barvo z zaporo pod +20 stopinj Celzija

Običajno so termokromni pigmenti strupeni in imajo le omejeno uporabo, vendar so se razvijalci The Unseen tega problema uspeli znebiti z iskanjem in sintetiziranjem podobnih, a neškodljivih snovi. Kako spremeniti barvo barve doma? Sprememba temperature povzroči, da te molekule prevzamejo takšno ali drugačno prostorsko konformacijo, s čimer se spremeni spekter absorbiranega sevanja.

Odvisno od določene barve v kompletu se lahko to zgodi pri različnih temperaturah. Na primer, "hladna" modra in bela se spremenita druga v drugo pri 15 °C, "vroča" rdeča in črna pa pri 31 °C.

Če želite ustvariti kompleksen vizualni učinek, lahko uporabite naslednjo tehniko: pobarvajte avto v več slojih toplotne barve z uporabo sestavkov z različnimi temperaturnimi pragovi. Risbe, narejene s šablono ali ročno nanesene (če imate talente umetnika), bodo pomagale dodati "čarovnijo". Avto, pri oblikovanju katerega so strokovno uporabili toplotno občutljive barve, preprosto ne more ostati neopažen v toku drugih avtomobilov!

Toda že prvi vzorci v promocijskih videih nam omogočajo, da si predstavljamo učinek uporabe takega barvanja las. Ko kodri pod vplivom temperature iz sušilnika za lase spremenijo odtenke od temne, skoraj črne z rahlim rdečkastim lesketanjem do svetlo rdeče in celo svetlo rdeče.
Izgleda zelo zanimivo. Poleg tega ustvarjalci barve obljubljajo njeno maksimalno varnost: da ne bo škodljiva od običajnih barv za lase, ki se danes prodajajo.

Termokromne (toplotno občutljive) barve so zelo priljubljene v prehrambeni industriji. S takšno barvo premazana slika na izdelku sporoča potrošniku, ali je izdelek, na primer v hladilniku ali pečici, dosegel želeno temperaturo. Termokromno barvo uporabljajo tudi proizvajalci piva, žganih pijač in vodke (steklenice, etikete, nalepke itd.), kjer signalizira, da je pijača ohlajena, pri izdelavi keramične posode (skodelice, kozarci, krožniki) in uporablja se tudi v različnih vrstah plastike PP, PVC, ABS, silikonski gumi in drugih prozornih ali prosojnih plastičnih materialih za brizganje, ekstruzijo, ofset, sitotisk, sitotisk, fleksografijo.

Vrsta