Ορισμός χρωστικών και χημεία

Μια χρωστική είναι μια ουσία που εμφανίζεται ένα ορισμένο χρώμα επειδή απορροφά επιλεκτικά μήκος κύματος του φωτός. Ενώ πολλά υλικά διαθέτουν αυτή την ιδιότητα, οι χρωστικές με πρακτικές εφαρμογές είναι σταθερές σε κανονικές θερμοκρασίες και έχουν μια υψηλή αντοχή χρωματισμού, ώστε μόνο μια μικρή ποσότητα είναι απαραίτητη για να δείτε το χρώμα όταν χρησιμοποιείται σε αντικείμενα ή αναμιγνύεται με ένα φορέα. Χρωματίζονται οι χρωστικές ουσίες που είτε εξασθενίζουν είτε αλλοιώνουν την πάροδο του χρόνου ή με εκτεταμένη έκθεση στο φως ανεξέλεγκτες χρωστικές ουσίες.

Οι πιό πρώτες χρωστικές προέρχονταν από φυσικές πηγές, όπως άνθρακες και αλεσμένα ορυκτά. Οι παλαιολιθικοί και νεολιθικοί πίνακες σπηλαίου δείχνουν αιθάλη, κόκκινη ώχρα (οξείδιο σιδήρου, Fe₂Ο₃), και κίτρινη ώχρα (ένυδρο οξείδιο του σιδήρου, Fe₂Ο₃· H₂O) ήταν γνωστά στον προϊστορικό άνθρωπο. Οι συνθετικές χρωστικές τέθηκαν σε χρήση ήδη από το B.C.E. 2000. Λευκός αγωγός έγινε με ανάμιξη μολύβδου και ξύδι παρουσία διοξειδίου του άνθρακα. Το αιγυπτιακό μπλε (πυριτικό ασβέστιο χαλκού) προέρχεται από γυαλί χρωματισμένο χρησιμοποιώντας μαλαχίτη ή άλλο μεταλλεύμα χαλκού. Καθώς αναπτύχθηκαν όλο και περισσότερες χρωστικές ουσίες, κατέστη αδύνατο να παρακολουθήσουν τη σύνθεση τους.

Τον 20ό αιώνα, ο Διεθνής Οργανισμός Τυποποίησης (ISO) ανέπτυξε πρότυπα για τα χαρακτηριστικά και τον έλεγχο των χρωστικών ουσιών. Ο Διεθνής Δείκτης Χρώματος (CII) είναι ένας δημοσιευμένος πρότυπος δείκτης που αναγνωρίζει κάθε χρωστική ουσία σύμφωνα με τη χημική της σύσταση. Πάνω από 27.000 χρωστικές ουσίες ευρετηριάζονται στο σχήμα CII.

Μια χρωστική είναι μια ουσία που είναι είτε ξηρή είτε αλλιώς αδιάλυτος στο υγρό φορέα του. Μια χρωστική σε υγρή μορφή μια αναστολή. Αντίθετα, μια βαφή είναι είτε υγρό χρωστικό είτε αλλιώς διαλύεται σε ένα υγρό για να σχηματίσουν μια λύση. Μερικές φορές μια διαλυτή βαφή μπορεί να καθιζάνει σε μια χρωστική ουσία μεταλλικού αλατιού. Μια χρωστική ουσία φτιαγμένη από μια βαφή με τον τρόπο αυτό ονομάζεται a χρωστική λίμνη (π.χ., λίμνη αλουμινίου, λίμνη Indigo).

Και οι δύο χρωστικές ουσίες και οι χρωστικές ουσίες απορροφούν το φως για να εμφανιστούν ένα ορισμένο χρώμα. Αντίθετα, η φωταύγεια είναι μια διαδικασία με την οποία ένα υλικό εκπέμπει φως. παραδείγματα φωταύγειας περιλαμβάνουν φωσφορισμός, φθορισμός, χημειοφωταύγεια και βιοφωταύγεια.

Στη βιολογία, ο όρος "χρωστική ουσία" ορίζεται κάπως διαφορετικά, όπου μια χρωστική αναφέρεται σε οποιοδήποτε έγχρωμο μόριο που βρίσκεται σε ένα κύτταρο, ανεξάρτητα από το αν είναι διαλυτό ή όχι. Έτσι, αν και η αιμοσφαιρίνη, χλωροφύλλη, η μελανίνη και η χολερυθρίνη (ως παραδείγματα) δεν ταιριάζουν στον στενό ορισμό της χρωστικής στην επιστήμη, είναι βιολογικές χρωστικές ουσίες.

Στα ζωικά και φυτικά κύτταρα παρατηρείται επίσης δομικό χρώμα. Ένα παράδειγμα μπορεί να παρατηρηθεί σε φτερά πεταλούδας ή φτερά παγωνιού. Οι χρωστικές έχουν το ίδιο χρώμα, ανεξάρτητα από τον τρόπο προβολής τους, ενώ το δομικό χρώμα εξαρτάται από τη γωνία θέασης. Ενώ οι χρωστικές χρωματίζονται με εκλεκτική απορρόφηση, το δομικό χρώμα προκύπτει από επιλεκτική ανάκλαση.

Οι χρωστικές απορροφούν επιλεκτικά τα μήκη κύματος του φωτός. Όταν το λευκό φως χτυπά ένα μόριο χρωστικής, υπάρχουν διαφορετικές διεργασίες που μπορούν να οδηγήσουν σε απορρόφηση. Συζευγμένα συστήματα διπλών δεσμών απορροφούν το φως σε μερικά οργανικά χρώματα. Οι ανόργανες χρωστικές μπορούν να απορροφήσουν το φως με τη μεταφορά ηλεκτρονίων. Για παράδειγμα, το vermilion απορροφά το φως, μεταφέροντας ένα ηλεκτρόνιο από το ανιόν θείου (S.^2-) σε ένα μεταλλικό κατιόν (Hg²⁺). Τα συγκροτήματα μεταφοράς φορτίου αφαιρούν τα περισσότερα χρώματα λευκού φωτός, αντανακλώντας ή διασκορπίζοντας το υπόλοιπο ώστε να εμφανίζεται ως ένα συγκεκριμένο χρώμα. Οι χρωστικές απορροφούν ή αφαιρούν τα μήκη κύματος και δεν τους προσθέτουν σαν υλικά φωταύγειας.

ο φάσμα του προσπίπτοντος φωτός επηρεάζει την εμφάνιση μιας χρωστικής ουσίας. Έτσι, για παράδειγμα, μια χρωστική ουσία δεν θα εμφανιστεί το ίδιο χρώμα κάτω από το φως του ήλιου όπως θα έπρεπε κάτω από φθορίζον φωτισμό επειδή μια διαφορετική περιοχή μήκους κύματος αφήνεται να ανακλαστεί ή να διασκορπιστεί. Όταν αναπαριστάται το χρώμα μιας χρωστικής, πρέπει να αναφέρεται το χρώμα του εργαστηριακού φωτός που χρησιμοποιείται για τη μέτρηση. Συνήθως αυτό είναι 6500 K (D65), το οποίο αντιστοιχεί στη θερμοκρασία χρώματος του ηλιακού φωτός.

Η απόχρωση, ο κορεσμός και άλλες ιδιότητες μιας χρωστικής εξαρτώνται από άλλες ενώσεις που την συνοδεύουν σε προϊόντα, όπως συνδετικά ή πληρωτικά. Για παράδειγμα, εάν αγοράσετε ένα χρώμα χρώματος, θα εμφανιστεί διαφορετική ανάλογα με τη σύνθεση του μείγματος. Μια χρωστική ουσία θα φαίνεται διαφορετική ανάλογα με το αν η τελική της επιφάνεια είναι γυαλιστερή, ματ, κλπ. Η τοξικότητα και η σταθερότητα ενός χρωστικού επηρεάζονται επίσης από άλλες χημικές ουσίες σε εναιώρημα χρωστικών ουσιών. Αυτό ανησυχεί για τα μελάνια τατουάζ και τους μεταφορείς τους, μεταξύ άλλων εφαρμογών. Πολλές χρωστικές ουσίες είναι πολύ τοξικά από μόνα τους (π.χ. λευκό μόλυβδο, πράσινο χρώμιο, πορτοκαλί μολυβδαινικό άλας, λευκό αντιμόνιο).

Οι χρωστικές ουσίες μπορούν να ταξινομηθούν ανάλογα με το αν είναι οργανικές ή ανόργανες. Οι ανόργανες χρωστικές μπορούν ή όχι να βασίζονται σε μέταλλα. Ακολουθεί μια λίστα με μερικά βασικά χρώματα:

• Χρωστικές ουσίες καδμίου: κόκκινο κάδμιο, κίτρινο κάδμιο, πορτοκαλί καδμίου, πράσινο καδμίου, σουλφοσελενίδιο του καδμίου
• Χρωστικές χρωστικές ουσίες: χρώμιο κίτρινο, βιριδικό (χρώμιο πράσινο)
• Πιγμέντα κοβαλτίου: μπλε κοβαλτίου, ιώδες κοβαλτίου, κυανό γαλάζιο, αουρεολίνη (κίτρινο κοβάλτιο)
• Χρωστικές ουσίες χαλκού: αζουρίτης, αιγυπτιακό μπλε, μαλαχίτης, πράσινο Παρίσι, μοβ Han, μπλε Han, verdigris, πράσινο φθαλοκυανίνη G, μπλε φθαλοκυανίνης BN
• Χρωστικές ουσίες οξειδίου του σιδήρου: κόκκινη ώχρα, βενετσιάνικο κόκκινο, μπλε της Πρωσίας, sanguine, caput mortuum, κόκκινο οξείδιο
• Πηκτώματα μολύβδου: κόκκινο μολύβι, λευκό μολύβι, λευκό κρεμνίτζ, κίτρινο Νάπολο, κίτρινο μολυβδένιο
• Χρώμα μαγγανίου: ιώδες μαγγανίου
• Χρωστική ουσία υδραργύρου: βερμούνι
• Χρωστικές ουσίες τιτανίου: λευκό τιτάνιο, μαύρο τιτάνιο, κίτρινο τιτάνιο, τιτάνι μπεζ
• Χρώματα ψευδαργύρου: λευκό ψευδάργυρο, φερρίτης ψευδαργύρου

• Χρωστικές ουσίες άνθρακα: αιθάλη, μαύρο ελεφαντόδοντο
• Πηλός (οξείδια του σιδήρου)
• Χρωστικές ουσίες υπεριώδους (lapis lazuli): υπερμαρίνες, πράσινες υπεράκτιες

• Βιολογικές χρωστικές ουσίες: αλισαζίνη, αλισαρινική πορφυρά, γκάζι, κοκκινοειδές, τριαντάφυλλο, ινδικό, ινδικό κίτρινο, τυριακό μοβ
• Μη βιολογικές οργανικές χρωστικές ουσίες: κινακριδόνη, ματζέντα, κίτρινο διαρυλίδιο, μπλε φτάλο, φθαλικό πράσινο, κόκκινο 170