Главные вкладки


    Исследовательская работа "Химия и цвет"

    Татьяна Геннадьевна Сивожелезова
    Автор: 
    Музапарова Асемгуль

    В исследовательской работе Музапаровой Асемгуль, ученицы 8 класса по неорганической химии "Химия и цвет"  предпринята попытка выяснить причину окраски тех или иных веществ. Содержатся сведения о восприятии цвета человеком, показана зависмость окраски вещества от его природы, структуры, условий окружающей среды и других факторов. 

    Скачать:

    ВложениеРазмер
    Файл Muzaparova_As..rar1.68 МБ

    Предварительный просмотр:

    Муниципальное общеобразовательное учреждение

    «Средняя общеобразовательная школа г. Соль – Илецка» Оренбургской области

    Исследовательская работа

    Тема: Химия и цвет

    Выполнила: Музапарова Асемгуль

    Ученица 8 класса

    МОУ «СОШ г. Соль – Илецка»

    Оренбургской области

    Руководитель: Сивожелезова Татьяна Геннадьевна

    Учитель химии и биологии Высшей категории

    МОУ «СОШ г. Соль – Илецка»

    Оренбургской области

    Г. Соль – Илецк 2008 -2009 уч.год

    Содержание

    Введение

    Понятие о цвете и его характеристика

    Цвет и биология

    Физическая природа света и цвета

    Электроны и свет

    Цвет неорганических веществ

    Оптические свойства металлов

    Цвет и структура вещества

    Цвет полярных молекул

    Цвет и среда раствора

    Степень окисления атома и цвет

    Влияние цвета на человека

     Немного о гармонии цвета

    Экспериментальные  иллюстрации

    Заключение

    Список использованной литературы

    Приложения

    Введение

    Всё живое стремится к цвету.

    И.В Гете

        Уильям Рэлей, известный своими исследованиями по физике, утверждал, что красный цвет крови и зеленый – травы составляют тайны, « в которые никто не может проникнуть. Но прошло  около ста лет, и мы можем сказать, что этих тайн больше не существует.   В своей работе мы попытаемся ответить на вопросы, как и почему возникает цвет, как с этим связана внутренняя структура молекул различных веществ. Цвет, как практически каждое сложное явление приро ды, имеет особенности, относимые нами к различным об ластям естествознания. Свойства светового луча, его при рода, спектр, энергия, которую тот или иной луч несет,— это материал, изучаемый на уроках физики.

    Окраска вещества и причины ее возникновения – это предмет изучения химии; природа восприятия цвета человеком – прерогатива биологии; воздействие цвета на человека – это область экологии. Таким образом, мы попытаемся ответить на некоторые вопросы, связанные с причиной возникновения цвета веществ и предметов. В виду скудности школьной лаборатории экспериментальные иллюстрации  в нишей работе получились скромные, но они бесспорно подтверждают все приведенные теоретический выкладки.

    Понятие о цвете и его характеристика

        Цвет — качественная субъективная характеристика электромагнитного излучения оптического диапазона, определяемая на основании возникающего физиологического зрительного ощущения, и зависящая от ряда физических, физиологических и психологических факторов. Индивидуальное восприятие цвета определяется его спектральным составом, а также цветовым и яркостным контрастом c окружающими источниками света, а также несветящимися объектами.

       Субъективно воспринимаемый зрением цвет излучения зависит от его спектра, от психофизиологического состояния человека (влияют: фоновый свет/цвет, его цветовая температура; зрительная адаптация), и от специфических свойств индивидуального глаза.   Различают ахроматические цвета (белый, серый, чёрный) и хроматические, а также спектральные и неспектральные (например, пурпурный или коричневый цвет).

    Ахроматические цвета (Приложение 1)

    Оттенки серого (в диапазоне белый — черный) носят парадоксальное название ахроматических цветов (от греч. α- отрицательная частица + χρωμα — цвет, то есть бесцветных) цветов. Наиболее ярким ахроматическим цветом является белый, наиболее тёмным — чёрный. Можно заметить, что при максимальном снижении насыщенности тон (отношение к определённому цвету спектра) оттенка становится неразличимым.

     Характеристики цвета (Приложение 1)

    Каждый цвет обладает количественно измеряемыми физическими характеристиками (спектральный состав, яркость):

    Яркость (Приложение 1)

    Одинаково насыщенные оттенки, относимые к одному и тому же цвету спектра, могут отличаться друг от друга степенью яркости. К примеру, при уменьшении яркости синий цвет постепенно приближается к чёрному.

    Любой цвет при максимальном снижении яркости становится чёрным.

    Следует отметить, что яркость, как и прочие цветовые характеристики реального окрашенного объекта, значительно зависят от субъективных причин, обусловленных психологией восприятия. Так, к примеру синий цвет при соседстве с жёлтым кажется более ярким.

     Насыщенность (Приложение 1)

    Два оттенка одного тона могут различаться степенью блёклости. Например, при уменьшении насыщенности синий цвет приближается к серому.

     Светлота (Приложение 1)

    Степень близости цвета к белому называют светлотой.

    Любой оттенок при максимальном увеличении светлоты становится белым.

     Цветовой тон (Приложение 1)

    Любой хроматический цвет может быть отнесён к какому-либо определённому спектральному цвету. Оттенки, сходные с одним и тем же цветом спектра (но различающиеся, например, насыщенностью и яркостью), принадлежат к одному и тому же тону. При изменении тона, к примеру, синего цвета в зеленую сторону спектра он сменяется голубым, в обратную — фиолетовым.

    Иногда изменение цветового тона соотносят с «теплотой» цвета. Так, красные, оранжевые и жёлтые оттенки, как соответствующие огню и вызывающие соответствующие психофизиологические реакции, называют тёплыми тонами, голубые, синие и фиолетовые, как цвет воды и льда — холодными. Следует учесть, что восприятие «теплоты» цвета зависит как от субъективных психических и физиологических факторов (индивидуальные предпочтения, состояние наблюдателя, адаптация и др.), так и от объективных (наличие цветового фона и др.).

    Не следует путать субъективное ощущение «теплоты» цвета с его физической характеристикой — цветовой температурой. В частности, тёплые тона имеют более низкую цветовую температуру, а холодные — более высокую

    Цвет и биология

    Посредством глаза, а не глазом
    Смотреть на мир умеет разум.
    Уильям Блейк

          Глаз - орган зрения животных и человека. Это самонастраивающийся прибор. Он позволяет видеть близкие и удалённые предметы. Хрусталик то сжимается почти в шарик, то растягивается, тем самым, меняя фокусное расстояние.                                                                                                                    

        Оптическую систему глаза составляют роговица, хрусталик, стекловидное тело. Сетчатка (сетчатая оболочка, покрывающая глазное дно) имеет толщину 0,15 -0,20 мм и состоит из нескольких слоёв нервных клеток. Первый слой прилегает к чёрным пигментным клеткам. Он образован зрительными рецепторами - палочками и колбочками. В сетчатке глаза человека палочек в сотни раз больше, чем колбочек. Палочки возбуждаются очень быстро слабым сумеречным светом, но не могут воспринимать цвет. Колбочки возбуждаются медленно и только ярким светом - они способны воспринимать цвет. Палочки равномерно распределяются по сетчатке. Прямо напротив зрачка в сетчатке находится жёлтое пятно, в состав которого входят исключительно колбочки. При рассмотрении предмета происходит перемещение взора так, что изображение попадает на жёлтое пятно.

          От нервных клеток отходят отростки. В одном месте сетчатки они собираются в пучок и образуют зрительный нерв. Более миллиона волокон передают в мозг зрительную информацию в форме нервных импульсов. Это место, лишённое рецепторов, называют слепым пятном. Начавшийся в сетчатке анализ цвета, формы, освещённости предмета, его деталей заканчивается в зоне коры. Здесь собирается вся информация, она расшифровывается и обобщается. В результате складывается представление о предмете.

        Зрение дает нам наибольшую информацию об окружающем мире. Благодаря чему мы различаем цвета? Наличие трех типов колбочек, благодаря которым мы воспринимаем и различаем цвета. Приблизительно считается, что первый тип воспринимает световые волны с длиной от 400 до 500 нм (условно "синюю" составляющую цвета), второй - от 500 до 600 нм (условно "зеленую" составляющую) и третий - от 600 до 700 нм (условно "красную" составляющую). Цвет ощущается в зависимости от того, волны какой длины и интенсивности присутствуют в свете.

        Ощущение цвета возникает в мозге при возбуждении цветочувствительных клеток — рецепторов глазной сетчатки человека или другого животного, колбочках. У человека и приматов существует три вида колбочек — «красные», «зелёные» и «синие», соответственно. Светочувствительность колбочек невысока, поэтому для хорошего восприятия цвета необходима достаточная освещённость или яркость. Наиболее богаты цветовыми рецепторами центральные части сетчатки.

        Каждое цветовое ощущение у человека может быть представлено в виде суммы ощущений этих трех цветов (т. н. «трёхкомпонентная теория цветового зрения»). Заметим, что у птиц и рептилий зрение четырёхкомпонентно и включает рецепторы ближнего ультрафиолета, выше 300 нм. При достижении необходимой для восприятия цвета яркости наиболее высокочувствительные рецепторы сумеречного зрения — палочки — автоматически отключаются.

         Субъективное восприятие цвета зависит также от яркости, адаптации глаза к фоновому свету (см. цветовая температура), от цвета соседних объектов, наличия дальтонизма и других объективных факторов; а также от того, к какой культуре принадлежит данный человек (способности осознания имени цвета); и от других, ситуативных, психологических моментов.

         Аналогично вкусу, обонянию, слуху и другим органам чувств восприятие цвета так же индивидуально и изменяется от человека к человеку. В каждом конкретном случае восприятие зависит от культуры человека, языка, возраста, пола, условий жизни и предыдущего опыта. Два человека никогда не будут одинаково воспринимать один и тот же физический цвет. Люди отличаются друг от друга даже по чувствительности к диапазону видимого света.

    Физическая природа света и цвета

        Думаю, что никто не будет возражать , что цвет зависит не только от того, как окрашен тот тили иной предмет, но и от того, как и когда мы на него смотрим. В темноте все представляется черным. Стоит включить свет и мир предстает перед нашими глазами во всем великолепии всех цветов и оттенков. Значит, не малую роль в восприятии цвета играет свет. Возможно, разгадка и кроется здесь. Рассмотрим понятие свет с точки зрения физики.

          В старину проказы феи Морганы повергали людей в  ужас. Теперь таинственные видения никого не пугают:  люди разгадали их секрет. Суть секрета — в «игре» луча   света в воздухе. Нам с земли небо видится голубым днем  и красновато-оранжевым на закате. Почему же оно меняет свою окраску? Ведь солнце посылает на землю одни  и те же лучи в любое время. Цвет неба зависит от того,  какая часть дневного солнечного света доходит до наших  глаз.  

            Сколько радости и детям и взрослым доставляет радуга, появляющаяся в небе после теплого летнего дождика. Разноцветная дуга, охватившая полнеба, вызывает в людях изумление перед природой и восхищение. Однако видеть радугу можно не всегда, а только в том случае,  если солнце стоит невысоко и у вас за спиной. Это  солнечные лучи, пройдя сквозь воздух и отразившись в  капельках воды, возвращаются к нам разноцветной ра дугой.

    То, что свет отражается от воды, знает каждый, стоит лишь вспомнить блеск воды в речке, озере или море в яс ный, солнечный день. Молекулы воды сливаются в капель ки, а капельки — в водоемы, и уже достаточно несколько десятков метров воды, как наступают под водой сумерки. Вода частично отражает, а частично поглощает свет, и он слабеет, пробиваясь сквозь толщу воды.

      Воздух состоит из газов и паров воды. Молекулы этих веществ также являются преградой свету, но преградой, конечно, несравненно более слабой, чем вода. Солнечный луч легко доходит до поверхности планеты через многокилометровый слой воздуха, но стоит только появиться облачку, и мы оказываемся в его тени. И все же воздух не просто пропускает свет, а взаимодействует с ним. Поначалу, когда луч солнца только начинает проникать в атмосферу, он не встречает препятствий: верхние слои атмосферы сильно разрежены и расстояние между отдельными молекулами газов очень велико. Чем ниже проби вается луч, тем больше препятствий на его пути, так как ближе к земной поверхности воздух становится все более плотным. Сталкиваясь с молекулами газов, лучи света частично отражаются от них (как и от молекул воды) и рассеиваются. Эти рассеянные лучи мы и воспринимаем как голубой цвет неба. Если же смотреть прямо на солнце, то оно кажется нам желтоватым, а на закате оранжевым. Это те солнечные лучи, что прорвались к нам сквозь всю толщу воздуха. По цвету заката старожилы могут с до вольно большой долей вероятности даже предсказать по году на завтра. В этом нет ничего особенно удивительно го. Ведь нагретый воздух менее плотен, и через него лучи света проходят с меньшими потерями. Если близок дождь, то атмосфера насыщена парами воды, а они сильнее за держивают и отражают свет. Цвет закатного неба будет в каждом случае различен: слои холодного и теплого воз духа отличаются по своей плотности и по-разному пропу скают свет и по-разному его отражают. Случается, что лучи света отражаются от некоторых слоев воздуха, как от зеркала. В этом и заключен секрет видений феи Морганы, которые чаще всего появляются на огромных открытых пространствах: пустынях, степях или в открытом море вдали от берегов.

          Воздух у нагретой солнцем поверхности менее плотен, чем находящиеся выше слои. Лучи света от освещенных солнцем предметов на поверхности земли отражаются от вышерасположенных воздушных слоев, как солнечный зайчик от зеркала, и возвращаются к поверхности уже за много километров от того места, где солнце освещает пред меты. Обманчивые видения спасительных оазисов в пу стыне — это отражения в атмосферном «зеркале» далеких реальных оазисов. Жители Лазурного берега Франции иногда видят в небе горы острова Корсика, хотя до него двести километров по морю. А однажды команда япон ского корабля, находившегося у восточных берегов Кореи, увидела силуэт высокой горы, находящейся на одном из островов Японии, до которого было чуть ли не тысяча километров.

        Цвет того или иного участка радуги, так же как и цвет любого окрашенного вещества, определяется той длинной волны, энергия которой преобладает в данном излучении. Солнечный луч содержит в себе все цвета радуги или световые волны  различной длины.

    Цвет соединений, имеющих одну полосу поглощения в видимой части спектра (при облучении дневным светом)

    Длина волны  погло щения, нм

    Энергия, кДж/моль

    Цвет поглощенного света

    Цвет вещества

    400—435

    299—274

    Фиолетовый

    Желто -зеленый

    435—480

    274—249

    Голубой

    Желтый

    480—490

    249—244

    Зеленовато-голубой

    Оранжевый

    490—500

    244—238

    Голубовато -зеленый

    Красный

    500—560

    238—214

    Зеленый

    Пурпурный

    560-580

    214—206

    Желто-зеленый

    Фиолетовый

    580—595

    206—200

    Желтый

    Голубой

    595—605

    200—198

    Оранжевый

    Зеленовато-голубой

    605—750

    198—149

    Красный

    Голубовато-зеленый

      0братите внимание, каждой длине волны соответствует  определенная энергия, которую эти волны несут. Чем короче длина волны, тем больше энергии передает луч веществу   при   столкновении. Можно   подсчитать,   какую энергию несет свет той или иной длины волны. В 1900 М. Планк на основе своих наблюдений за   поглощение света веществом и тепловым излучением пришел к выводу, что энергия света поступает к облучаемому веществ отдельными небольшими порциями. Такие порции энергии Планк предложил назвать квантами.

           Если вещество способно поглощать только кванты определенной энергии, то этим  однозначно определяется и цвет вещества. Когда  белый свет, падая на какое-либо твердое тело, полностью рассеивается им, то такое тело кажется нашему глазу бесцветным, белым, неокрашенным. Наоборот, если все падающие на тело лучи им поглощаются, то получается впечатление черного цвета. Наконец, тела, поглощающие одни из падающих простых лучей и рассеивающие другие из них, кажутся нашему глазу цветными или окрашенными. Цвет является, таким образом, результатом избирательного поглощения определенных участков в непрерывном спектре падающего белого света.

    Электроны и свет

         Частица или волна? Эти два понятия применительно к свету долгое время существовали раздельно. Потребовалось довольно много времени на разрешение этого противоречия. Этому помогли физики объясни в природу электрона- элементарной частицы. Оказалось, что электрон одновременно представляет и волну и частицу. Кроме того состояние электрона в атоме можно описать с помощью запаса его энергии. Электроны, атомы и молекулы веществ обладают определенным запасом энергии, могут поглощать и излучать ее. Кванты света, падая на молекулы вещества,  сообщают ему определенное количество энергии.

        Итак, квант света воздействует на электроны молеку лы, переводит их в иное состояние. Если электрон из всего видимого спектра «чувствителен» к какому-то опре деленному виду лучей, то мы видим цвет вещества. Так, электроны, связывающие атомы в молекуле хлора, вос приимчивы к зеленовато-желтому участку спектра; в ме таллическом натрии — к красному.

         Когда энергия кванта достаточно велика, то возможно более сильное взаимодействие фотона и электрона. В та ком случае электрон переходит на более высокий энерге тический уровень и некоторое время спустя излучает запасенную энергию. Волны, излучаемые электроном, как правило, иной длины. По этому серый или белый сульфид цинка становится голу бым, оранжевым или синим и светится в темноте.

       Электронно-возбужденные молекулы представляют собой по сути дела новые молекулы, характеризующиеся своим распределением электронной плотности, структу рой, своими химическими свойствами. Наличие избыт ка энергии делает возбужденную молекулу химически более активной, чем исходная молекула.  Значит, ве щество может приобретать цвет не только под действием видимого света, то и в результате взаимодействия с элек тромагнитными колебаниями в более широком диапазоне.

         Таким образом, цвет обусловлен двумя потоками из лучения. Первый — это тот, что прошел сквозь вещество или отразился от него. В этом потоке нет уже квантов той резонансной частоты, которая поглощена веществом. Это явление мы и воспринимаем как появление цвета. Второй поток возникает в результате того, что возбужден ный электрон скачком возвращается в свое прежнее со стояние, а избыточная энергия высвечивается в виде квантов вторичного излучения — флуоресценции.

    Цвет неорганических веществ

        Единой теории цвета не существует. Однако твердо установлены основные закономерности, связывающие окраску вещества со строением его молекулы. Выяснено главное -  цвет связан с подвижностью электронов на атомных орбиталях в молекуле вещества и с «подвижностью» электронов, т.е. с возможностью при поглощении ими энергии кванта света переходить на свободные энергетические уровни, но уже не в атоме, а молекуле вещества.

    У металлов для цвета важна правильность кристаллической решетки и относительная свобода передвижения электронов по всему куску металла. У большинства  неорганических соединений цвет обусловлен электронными переходами и соответствующим переносом заряда от атома одного элемента к атому другого в молекуле.  Свет, падая на молекулу, вызывает изменение энергетического состояния ее атомных группировок. Цвет вещества обусловлен в основном переходами электронов из одного состояния в другое. Изменение всех видов энергетических составляющих при переходе молекулы из основного в возбужденное состояние характеризует и цвет вещества,  и весь спектр поглощения.

    Оптические свойства металлов

        Металлы – элементы, содержащие, как правило, не более трех электронов на внешних энергетических уровнях, поэтому в конденсированном состоянии у них возникает большие незаполненные зоны разрешенных энергий. Это обусловливает их высокую электропроводность, явление фотоэффекта и, конечно, отражающую способность,  и, цвет металла.

       Цвет металлов зависит от того, волны какой длины они отражают. Белый блеск серебра обусловлен равномерным образованием почти всего набора видимых лучей. Золото желтовато- красное потому, что им отражается почти полностью длинноволновая часть видимого спектра  и поглощаются голубые, синие и фиолетовые лучи. А вот тантал и свинец лучше поглощают длинноволновые лучи, поэтому они кажутся синеватыми. К серебристо – белому цвету висмута и кобальта примешивается розовый оттенок из-за разности в поглощении коротких и длинных лучей. Убедительными примерами взаимодействия света с электронами, при которых происходит перевод их на более высокий уровень, и даже полный отрыв,  являются полупроводники и фотоэлементы. Фотоэффект легче всего проявляется у щелочных металлов, так как у них электроны слабее связаны с ядром и их легче оторвать.

          Существуют s, p, f  и  d-элементы. Каждый из них имеет свои особенности при образовании соединений. Не имеют окраски неорганические вещества, молекулы которых образованы s и  p – элементами и имеют ионы с заполненными электронами оболочками: катионы щелочных и щелочноземельных металлов, анионы неметаллов первых трех периодов. К ним примыкают соединения сурьмы, висмута, свинца, алюминия, так как находятся на границе металл – неметалл.

         Из побочных групп белый цвет имеют соединения элементов четвертой группы: титан и цирконий. Широко применяются в качестве белых пигментов соли титановой кислоты.

       Ионы, имеющие незавершенные оболочки в большинстве случаев образуют окрашенные соединения.  Так, поглощение квантов света определяет цвет  Cu2+ , Fe 2+, Fe 3+ ,Co 2+ ,Ni 2+ , Cr 3+ ,Mn 3+,  Mn 4+ ,Mn 6+ , Mn 7+и других окрашенных ионов переходных элементов. Затягивая электроны с орбиталей аниона на вакантные орбитали своих атомов, катионы хрома, марганца, железа, кобальта, никеля и других металлов придают окраску соответствующую окраску своим соединениям

    Цвет некоторых веществ, например оксида железа (III) Fe2O3 и гидроксида железа(III) Fe(OH)3 определяется сразу двумя обстоятельствами:  электронными переходами с одной d -орбитали на другую и переносом заряда с аниона на катион.

    Такие вещества как азот, водород, фтор, благородные газы, кажутся нам бесцветными. Кванты видимого света не поглощаются ими, так как не могут привести электроны на более высокий возбужденный уровень. Чем больше электронов в атоме, тем теснее друг к другу электронные уровни.  Если в атоме есть незаполненные орбиты, то для перехода электронов  из одного состояния в другое требуется уже меньше энергии. Такие многоэлектронные галогены как хлор, бром, йод, уже окрашены. Имеют окраску оксиды азота NO2 , N2O3и ковалентные соединения CuCl2,  AlI3.

    Цвет и структура вещества

           Атомы и ионы в кристаллической решетке беспрерывно совершают колебательные движения. Это может приводить к деформации кристалла. Сера может иметь различную окраску от желтого до темно- коричневого в зависимости от того, какова ее кристаллическая решетка. Разнообразные аллотропные модификации фосфора: белый, красный, желтый, коричневый, фиолетовый, черный и т.д. – обладают разными физическими и химическими свойствами. Влияние структуры на цвет проявляется и в более сложных соединениях. Так, хромат свинца PbCrO4 может быть и темно – желтым и светло – желтым.

    Цвет полярных молекул

         Если молекула состоит из ионов с заполненными электронными оболочками, то возможность перехода практически исключена. Такие молекулы не имеют окраски. В растворах они бесцветные, а в твердом состоянии белые. Цвет появиться лишь в том случае, если катион с подуровнями, заполненными электронами, связан с анионом, способным к значительной поляризации, например с тяжелыми ионами галогенов или PO43- , AsO4 3- .

    Соли и оксиды металлов, имеющих атомы с незаполненными оболочками, в большинстве своем обладают окраской. Взаимное влияние катионов и анионов позволяет варьировать оттенки цвета.

    Примеры:

    2Ag +         + CrO4 2-  =   Ag2 CrO4 

    Бесцветный     желтый                  красный

    Нg 2+         + CrO4 2-  =   Нg CrO4 

    Бесцветный      желтый               оранжевый

    Цвет и среда раствора

           В растворах ионы могут воздействовать не только друг на друга, но и на окружающие их молекулы растворителя, а те в свою очередь на ионы. При растворении и в результате сольватации возникает цвет у иона ранее бесцветного.

          Например, безводные CuF2   и  CuSO4  белые, а их растворы окрашены в голубой цвет. Это окраска гидратированного иона меди  Cu 2+ . Замена воды на аммиак углубляет цвет. Аммиачные молекулы деформируются легче и интенсивность окраски усиливается.

          Еще более резко, чем просто растворение, может сказываться на цвете соединения замена одного растворителя на другой. Синий раствор СоСl2  в этиловом спирте при разбавлении его водой становиться розовым. Вместо привычного голубого цвета гидратированных ионов меди появляется зеленый, если белый порошок безводной соли СuСl2 растворить  не в воде, а в этиловом спирте. Причиной изменения окраски является различная деформируемость молекул растворителей и катионов, испытывающих в свою очередь поляризующие действие со стороны молекул воды и этанола.

         Известно, что кристаллический йод практически нерастворим в воде и имеет фиолетовый цвет. В 100% серной кислоте образуется розовый раствор, а в этиловом спирте – коричневый. Таким образом, растворители меняют состояние молекул и ионов.

    Степень окисления атома и цвет

     

           Известно, что цвет большинства неорганических соеди нений определяется состоянием окисления входящих в него ионов. Этим широко пользуются в аналитической химии. Возможности изменения цвета обусловлены как различным состоянием электронов в зависимости от степени окисле ния, так и изменением поляризующего действия этих ионов (рис. 20).

    Ион марганца Мп 2+ не обладает окраской в водном растворе. Удаление двух электронов с 4s-орбитали не силь но затрагивает состояния внутренних электронов, кото рых у марганца как раз пять и каждый занимает одно из пяти возможных состояний. Однако более высокие степени окисления уже сильно влияют на эти электроны.

    Кристаллы МnSO4  или МnСОз бесцветны (иногда МnСОз светло-розовый), но оксид МnО серо-зеленый, МnСl2 и Мn(NO3)2  розовые. Если в морской воде создается повышенная концентрация марганца, то это сказывается на образовании кораллов, перламутра и жемчуга. В Япо нии существуют специальные подводные плантации, где разводят жемчужниц — двустворчатых моллюсков. У этих организмов на внутренней поверхности раковин отклады ваются пластинчатые слои арагонита — одна из кристалли ческих форм карбоната кальция. Если в эти слои попадают ионы марганца, то слои начинают приобретать розовый оттенок и получается розовый жемчуг. Включения в них других ионов придают желтоватый оттенок, а очень редко жемчуг бывает даже черным. Так как жемчуг по со ставу - это карбонат кальция, то он может возникнуть и в подземных пещерах. В пещерах в Новом Афоне был обна ружен такой жемчуг в довольно значительном количестве. Степени окисления марганца +3 соответствует бурый цвет Мn20з или черно-коричневый у Мn204. Правда, по следнее соединение содержит не только Мn 3+, но и Мn4+, который и углубляет цвет. В обычных условиях Мn02 —-черные кристаллы. Ион Мп 6+ может присутствовать только в составе аниона МпО4 2- , окрашенного в зеленый цвет.

    Аниону МnО4 -, где степень окисления марганца самая высокая + 7, соответствует уже иной  - фиолетово-мали новый цвет.

          Такое разнообразие цветов соединений марганца раз личных степеней окисления и их одновременное сочетание в растворе позволило К. Шееле  назвать К2Мп04 мине ральным хамелеоном.

       Такое разнообразие цветов объясняется изменением характера ионов марганца. Чем выше степень окисления, тем больше поляризующее действие марганца. Дело дохо дит до того, что Мn+6 и Мn+7 являются одними из сильных окислителей. У воды они отбирают ион кислорода, созда вая себе окружение из четырех ионов 0-2. Разница в со стоянии лишь одного электрона определяет цвет — зеле ный или фиолетово-малиновый, а кроме этого — окисли тельные способности.

    Нечто похожее происходит и с ионами хрома. Гидратированный ион хрома Сг2+ голубого цвета. Это один из са мых сильных восстановителей. Он неустойчив ни в раство ре, ни в составе твердого вещества. Одно из его относитель но стойких (в отсутствие воздуха) соединений — ацетат Сг(СН3С00)2. Поляризующее действие иона Сг2+ таково, что ацетат приобретает красный цвет. Ион Сг2+ стремится пе рейти в Сг3+, который имеет в растворе уже другой цвет — зеленый, а некоторые из его соединений — фиолетовый (например, СгС1з). Окислением пероксидом натрия можно перевести хром в его высшую степень окисления +6:

         Такой ион Сг6+ может входить в состав аниона двух кис лот: хромовой — Н2Сг04 и двухромовой — Н2Сг207. Каждо му из них свойственна своя окраска: первому — желтая, а второму — оранжевая. Перевести из одной формы в дру гую можно добавлением кислоты или щелочи:

    2Сг042- + 2Н+      -> Н2О + Сг207 2- 

    Сг2О7 2-  + 2ОН -  -> 2СгО42-   + Н2О

          Степень окисления определяется состоянием валентных электронов. Каждой степени окисления соответствует свой цвет и свой характер. От голубого неустойчивого иона  +2 с восстановительными свойствами до Сгб+ — окислителя проходит целая гамма цветов. Изменение свойств иона и изменение цвета имеют одну и ту же основу — определен ное состояние электронов. Переход от одной степени окис ления к другой делает электронную систему иона чувствительной к световым квантам строго определенной энер гии, соответствующей разнице энергетических d -подуровней. Многообразие цвета ионных состояний одного и того же элемента доказывает, что это различие довольно тонкое. Подобные цветовые гаммы существуют и у других переходных элементов.

    Влияние цвета на человека

           Разнообразие и яркость цветов играет в жизни организмов огромную роль. Для одних это проявляется в умении слиться с окружающей их природой, чтобы избежать встречи с хищником или, наоборот, напасть незаметно. А для других яркая контраст ная окраска служит как бы сигналом и предупреждением о их несъедобности. Кальмары и осьминоги способны чер неть или бледнеть почти мгновенно. Камбала на дне бас сейна из чередующихся черных и белых плиток превра щается в живую шахматную доску. Огромный пятнистый жираф совершенно исчезает из поля зрения среди афри канской растительности. Ядовитый мухомор — почти все гда первый из грибов, которых встречаешь, едва войдешь в лес.

    Явление цветового контраста служит одним из источ ников разнообразия цветов и оттенков, воспринимаемых нашим глазом. Зеленый цвет морских волн подчеркивает пурпурный оттенок тени. Серый дом кажется краснова тым, если смотреть на него сквозь зеленую штору. Ночью глаз после оранжевого пламени костра воспринимает свет Луны как голубоватый. Эти и другие подобные ощущения были обобщены В. Гёте в его книге «Учение о цветах». Он не только собрал, но и глубоко проанализировал воз действие цвета на состояние человека. Сейчас мы можем объяснить то или иное состояние психики человека род воздействием определенного цвета, а во времена В. Гёте это в значительной степени было еще тайной.

    В настоящее время твердо установлено, что любой од нородный цветовой фон утомляет глаз, который уже не способен различать этот цвет. В этом причина, по которой папуасы Невой Гвинеи не способны различать зеленый цвет, а в стихах Гомера нет эпитета «синий». На цветовом фоне белый или слабоокрашенный предмет приобретает окраску, дополнительную к окраске фона, потому что у глаза повышается чувствительность к дополнительному цвету. Если лучи, соответствующие дополнительному цве ту, содержатся в свете, отраженном от предмета, то глаз выделит их и как бы подчеркнет его окраску. Мне доводи лось видеть, как в ясную лунную зимнюю ночь одна сто рона горного ущелья, на которую падал лунный свет, ка залась голубоватой, а снег на другой, темной стороне

        Цвет не оставляет человека равнодушным. По В. Гёте, ярко-красный — цвет действия, цвет активности. Значит, цвет революционных знамен отражает человеческую по требность к действию, к преобразованию мира. Лиловый и фиолетовый — цвета грусти, а зеленый вызывает на строение покоя и умиротворения. Непрямым путем отражаются в памяти и психологии людей цвета окружающего мира. Казалось бы, общеизвестный розовый цвет; название его явно связано с розой, но почему среди множества белых, злых, красных и других роз дал название цвету именно такой оттенок розы. Корал лы, образующиеся в море, имеют множество окрасок, но коралловый цвет один – ярко - розовый. Так же тропическая пышность дала название лишь одному из разнообразных оттенков зеленого цвета: джунглево - зеленый—это зна чит темно-зеленый. Попробуйте сами среди знакомых вам оттенков окраски яблок выбрать соответствующий яблоч но-зеленому, а вспоминая цвет меда от почти белого липо вого до темно-коричневого — гречишного, выбрать цвет медово-желтый. Становится ясен принцип: цвета называют именами общеизвестных предметов, чтобы сделать их описание понятным всем. Однако не все здесь просто. Не всякий человек сумеет описать цвета, которые с легкостью охарактеризует любая модница: само, пале вый, электрик, беж, бордо.

            Различают эстетику одного изолированного цвета и эс тетику группы цветов. Высшее проявление человеческих эмоций заключается в гармонии цветов (от греческого сло ва «хармония» — созвучие, соразмеренность, стройная согласованность частей единого целого). Общий принцип гармонии цветовых ощущений — наиболее приятные соче тания, которые образуются цветами, либо близкими друг к другу по тону, либо являющимися взаимно дополняющими.

         Цвет широко применяется, как средство для управления вниманием человека. Некоторые сочетания цветов считаются более благоприятными (например, синий + жёлтый), другие — менее приемлемыми (например, красный + зелёный). Психология восприятия цвета объясняет, почему те или иные сочетания способны сильно воздействовать на восприятие и эмоции человека.

    Гармонические сочетания цветов подбираются худож никами, декораторами, текстильщиками, модельерами одежды, мебели и специалистами десятков других профес сий. Гармония цвета составной частью входит в искусство «дизайна». Сами цветовые сочетания могут быть весьма разнообразны. Они комбинируются на разной основе: близкие по данному цветовому тону, но различные по светлоте; контрастные и полноцветные; из промежуточных между чистыми цветовыми тонами. К гармоническим сочетаниям могут быть отнесены такие пары и триады:

    парные сочетания: синий — оранжевый, фио летовый — желтый, пурпурный — желтый, пурпурный — зеленый, синий — зеленовато-желтый, голубой — красный;

    гармонические триады: красный — жел тый — синий, пурпурный — желтый — голубой, крас ный — зеленый — синий, желтый — оранжевый — фиоле товый.

       Гармония пар и триад учитывается при утверждении такого важного символа, как флаг и герб государства. На знамени нашей Страны Советов пурпурный цвет сочета ется с золотом пятиконечной звезды, серпа и молота. При менение цветовых гармонических сочетаний является поч ти правилом в архитектуре, декорировании тканей и кера мики, при создании одежды, мебели и картин. Конечно, в процессе творчества художник, создавая изделие или про изведение, волен выбирать как гармонические, так и дис гармонические отношения цветов в соответствии с эмоцио нальным воздействием произведения. Использование цве та должно быть подчинено единству формы и содержания, реалистическому отражению явлений природы и жизни, требованиям моды и стиля.

    Цвет — важнейшее средство воздействия во всех видах искусства. В первую очередь, разумеется, в живописи. Хо тя восприятие цвета человеческим глазом практически не изменилось (по крайней мере, за последние 100000 лет), роль цвета в живописи, как в целом и сама живопись, про шла немалый исторический путь. В музыке цветовые ана логии почти неизбежны при восприятии и анализе самых глубоких и самых сложных программных симфонических произведений. И наоборот, те цветы, что выращены цвето водами, способны вызвать музыкальные ассоциации. По жалуй, самым свежим примером является конкурс на луч шее название гладиолусов (выращенных одним из извест ных цветоводов). Этот конкурс объявлен одной из популярных передач центрального телевидения — «Музы кальный киоск». Среди предложенных названий есть и «Король вальса», и просто «Вальс»; «Сонет» —- в честь по пулярной эстрадной певицы, и «Спартак» — ассоциация с прекрасным балетом Л. И. Хачатуряна.

                                        Немного о гармонии цвета

      Сегодня  сообщением о гармонии цвета и музыки никого не удивишь.

    Однако мы вправе задать во прос: почему в спектре считается семь цветов, когда боль шинство людей различают только шесть? Меньшая же часть человечества различает их гораздо больше семи.

    Далеко не сразу пришли люди к восприятию всей цве товой гаммы. Данные палеонтологии, археологии и этно графии убеждают, что освоение цвета человечеством про исходило постепенно и порядок этого освоения не был случайным. Сошлемся на авторитет академика А. Е. Ферс мана, который писал, что человечество узнавало цвета в такой последовательности: желтый, красный, зеленый и си ний. Первыми цветами, которые начинают различать дети и древние народы, являются желтый и красный. Во всем гомеровском эпосе древней Эллады специалисты не нашли прилагательного «синий», даже в приложении к морю. Для древних греков голубой цвет неба и воды был естествен ным цветом мира. Подобно тому, как для эскимосов или жителей Гренландии мир представляется белым. Наш зна менитый соотечественник Н. Н. Миклухо-Маклай устано вил, что у папуасов Новой Гвинеи, живущих в гуще зеле ных джунглей, отсутствует способность различать зеле ный цвет.

        По мере того как менялся уровень цивилизации, меня лось представление о цвете. Философы, поэты, художники и ученые уже на заре цивилизации пытались постигнуть разумом загадки света и цвета. Вспомните легенды, в ко торых боги разъезжали в колесницах по небу, распоря жаясь огнем и светом по своему усмотрению. Причем могли изумительно точно послать молнию, а тем более  солнечный луч. Задолго до нашей эры имелись уже теории о природе света и цвета. Согласно одной из них свет пред ставляет собой нечто, истекающее из наших глаз. На еги петских изображениях эпохи Аменофиса IV, созданных за 1300 лет до н. э., лучи солнечного диска — Атона закан чиваются пальцами — наиболее точными приборами для анализа (по понятиям того времени). Отголоски этой тео рии могут увидеть те, кто побывает в городе Пушкине. На фронтоне лицейской церкви есть скульптурное изображе ние «всевидящего ока», из которого исходят лучи. Само слово «луч» означает стрела. От того же корня образуют ся лук — оружие и лук — стрельчатое растение. И все же в такой теории, несмотря на ее примитивность, угадывает ся рациональное зерно — свет и цвет связываются в ней воедино. Предполагалось, что мы видим вещи и их цвет, направляя на них поток света из наших глаз. Великие ма тематики древности — Евклид, Птолемей и другие на основе учения о зрительных лучах, исходящих от глаза, создали теорию отражения в зеркалах плоских и сфериче ских. Этим они положили начало геометрической оптике, сохранившей свое значение и для нас.

         Каждый следующий шаг в познании явлений света и цвета связан с борьбой идей и столкновением воззрений. Гигант среди мыслителей всех времен и народов — Ари стотель, господство идей которого продолжалось в науке почти две тысячи лет, указывал три цвета радуги: крас ный, зеленый и фиолетовый. Многие сотни лет ученые все го мира (а среди них были и такие гении, как Авиценна) повторяли представления Аристотеля в вопросе о цвете. Лишь в эпоху Возрождения усилиями ученых и мастеров живописи была приоткрыта тайна связи цвета и света. Леонардо да Винчи в своем трактате о живописи писал о разнообразии цвета, появляющемся, «когда одна поверх ность отражается в другой». Впоследствии изучение света стало считаться привилегией физики, тогда как существом цвета интересовались в основном химики.

    Великий И. Ньютон сочетал в себе талант и физика и химика. Химией он занимался всю жизнь, даже больше, чем физикой. Ньютоновские законы «отменили» аристо телевскую систему в физике, но в соседней области он про должал оставаться на позициях алхимии и верил в воз можность превращения металлов в золото. Несомненно, знал он и о теории происхождения металлов, суть которой формулировалась так: «Семь металлов создал свет по чис лу семи планет». В 1666 г. после своих знаменитых опытов по разложению солнечного луча И. Ньютон выделил сна чала в спектре пять цветов: красный, желтый, зеленый, синий и пурпуровый (так назывался фиолетовый). Был период, когда он различал только четыре: красный, желто-зеленый, синий и фиолетовый.

           Позднее им было показано, что цвета различаются не только качественно, но и количественно: для каждого из лучей спектра имеется свой показатель преломления в призме. Для красного цвета он равен 1,54, а для фиолето вого — 1,56. С этих измерений по существу и началась вся современная наука о цвете. Начиная с Аристотеля и до Ньютона считалось, что цвета возникают в результате сме шения света с темнотой в различных пропорциях. И. Ньютон же доказал, что цвет — изначальное свойство света, которое призма лишь помогает нам увидеть. При тщатель ном изучении спектра он различал уже десять цветов: алый, киноварь, лимонный, шафранный, желтоватая зе лень, травянистый, лазурный, голубой, индиго и фиоле товый.

       Почему же после всех проведенных исследований Нью тон остановил свой выбор на цифре семь и заставил совре менный ему мир, да и нас с вами, считаться с его выбором? Вот как он сам объясняет сделанный выбор: «Я считаю приведенное распределение лучшим не только потому, что оно лучше всего соответствует явлениям, но потому, что, может быть, оно содержит нечто от гармонии цветов, ко торая не совсем неизвестна художникам, но о которой я сам не имею достаточно определенного суждения (подоб ной, может быть, созвучию тонов). Посему правдоподоб ным кажется сходство между крайним пурпуром и крас нотой, концами цветов, и между концами октавы, каковое можно почитать унисоном» . Так вот, что главное — гар мония! Все в природе должно быть гармонично. Семь то нов в октаве. Семь планет на небе (к их числу, кроме Юпитера, Марса, Сатурна, Венеры, Меркурия, причисляли также Солнце и Луну). Семь металлов, «произрастающих» в земле под влиянием излучения каждой из планет. Кроме того, у человека семь смертных грехов, в аду — семь кру гов, самое высокое — седьмое небо, а у бога при создании  им мира было ровно семь дней творения (правда, на седь мой день бог, говорят, отдыхал). И. Ньютон, конечно, знал все эти «факты» и, как человек глубоко верующий, не мог остаться равнодушным к древним традициям.

    Давайте посмотрим по собственному чертежу И. Ньюто на, взятому из его «Лекций по оптике», как он поделил участки спектра (рис. ). На рисунке изображена стру на, длина которой принята за 360 условных единиц. Из вестно, что тон такой струны ровно на октаву отличается от тона струны половинной длины (180 усл. ед.). Рядом обозначены длины струн, дающих полный набор всех то нов октавы. Легко убедиться, что отношение этих отрез ков к  360 хорошо совпадает с нотами, составляющими ми норную гамму.

         Так или иначе, но это деление оказалось и простым, и удобным. Современные нам композиторы, следуя пионеру в этой области создателю светомузыкальной поэмы «Про метей» великому И. В. Скрябину, создают светомузыку, согласуясь с гармонией цвета и звука подмеченной Исаа ком Ньютоном.

    Экспериментальные  иллюстрации

    Опыт №1.Эффект Пуркинье

    Техника выполнения опыта. Посмотрите на изображение алого мака и синего василька. По смотрите на них при двух различных условиях освещения. Сначала при солнечном или ярком электрическом освеще нии. Какой из двух цветков кажется более ярким? Взгля ните на рисунок еще раз, но уже при слабом сумеречном освещении. Наблюдайте изменение окраски цветков.

    Наблюдение: при сумеречном свете  василек кажется ярче.

    Пояснение к опыту. Причина эффекта Пур кинье состоит в изменении чувствительности нашего орга на зрения с изменением яркости. Максимум чувствитель ности при дневном освещении лежит при 556 нм, а при слабом ночном смещается в сторону фиолетового края ви димого спектра и равен 510 нм. Объясняется это двумя типами светочувствительных элементов глаза — колбочка ми и палочками. При ярком свете зрение осуществляется только колбочками, а при слабом действуют только па лочки,

    Опыт № 2.Зрительные иллюзии

    Техника выполнения опыта Рассмотрите внимательно рисунки. ( Приложение 2) Что вы видите? Дочь, мать и усатый отец? Параллельны ли линии? Что больше в этой фигуре - высота или ширина?                                                                                                                  Пояснение к опыту: Глаз как любая сложно устроенная оптическая линза  лишь воспринимает изображение. При процессе рассматривания хрусталик глаза колеблется  то приближая, то отодвигая изображение, поэтому видимые изображения накладываются друг на друга и мы видим несколько рисунков. Анализом же занимается мозг. Поэтому мы видим только то, что хотим.

    Опыт №3 Роль палочек и колбочек в восприятии цвета

    Техника выполнения опыта: рассмотрите окрашенные предметы  при солнечном освещении, а затем в темноте. Какого они цвета?

    Наблюдение: в темноте невозможно определить цвет ни у красного мячика, ни у зеленого карандаша, ни у синей папки для бумаг, все эти предметы кажутся серыми.

    Пояснение к опыту: Так как в темноте колбочки, чувствительные клетки внутри глаза, не работают, мы видим все предметы серыми. На свету они активизируются и мы способны различать цвета.

    Вывод: за восприятие цвета предметов отвечают колбочки – чувствительные клетки глаза.

    Опыт № 4 Влияние температуры на цвет

    Техника выполнения опыта. В два жаро стойких стакана емкостью 0,05 л налейте 25 мл воды и 0,25 мл 0,01 н. раствора гидроксида натрия. Добавьте в каждый стакан по одной капле индикатора — фенолфта леин, растворы окрашиваются в малиновый цвет. Один стакан нагрейте до кипения.

    Наблюдение: в стакане, который нагрели до кипения  окраска исчезла.

    Пояснение к опыту. Константа диссоциации воды сильно зависит от температуры. В разбавленных растворах щелочи [ОН-] не изменяется при нагревании, в то время как [Н+] увеличивается. Поэтому фенолфталеин, имеющий интервал перехода окраски при рН= 8,3— 10 Д при нагревании обесцвечивается, так как рН<8,3,

    Опыт №  5   Спектральный анализ

    Техника выполнения опыта. Приготовьте крепкие растворы солей натрия, калия, бария, кальция. На конце нихромовой (можно медной) проволочки сделайте ушко. Смочите кусочки фильтровальной бумаги раствора ми солей. Затем закрепите эти кусочки на ушко проволоч ки и вносите поочередно в пламя. Наблюдайте и запишите появляющуюся окраску.

    Наблюдение: Соли натрия окрашивают пламя в желтый цвет, соли калия в фиолетовый, соли кальция в кирпично-красный, соли бария в зеленый.

    Вывод: По окраски пламени можно определить ионы каких металлов входят в состав соединения.

    Опыт № 6 Влияние строения иона металла на окраску комплексов

     Техника выполнения опыта. В шесть ци линдров налейте по 20—30 мл воды, внесите по 0,2 г со лей марганца (II), железа (II), кобальта (II), никеля (II), меди (II), цинка (II) шпателем и перемешайте до растворения. Несмотря на одинаковую конфигурацию аквокомплексов, растворы солей различных металлов име ют разную окраску. Растворы можно приготовить зара нее.

    Пояснение к опыту. Аквокомплексы железа (II), кобальта (II), марганца (II), меди (II), никеля (II), цинка (II) имеют одинаковую (октаэдрическую)' конфигурацию, но различаются числом d-электронов и, следовательно, окраской.

     Окраска аквокомплексов ионов металлов

    Ион

    Заполнение оболочки

    Атомный номер

    Энергия, кДж/моль

    Окраска аквокомплекса

    Мn2+

    d5

    25

    22,2

    Бесцветный

    2+

    d6

    26

    29,6

    Желтый

    Со2+

    d7

    27

    26,5

    Розовый

    Ni 2+

    d 8

    28

    24,2

    Зеленый

    Сu2+

    d9

    29

    35,9

    Синий

    Zn2+

    d10

    30

    — ,

    Бесцветный

        Опыт № 7Сравнение интенсивности окраски комплексных соединений меди

    Техника выполнения опыта. В один цилиндр поместите 4 мл 1-процентного раствора СuS04 и 30 мл Н20, в другой — 3 мл СuS04 и 40 мл H2О, а в третий — 2 мл СuS04  и 45 мл Н20. Добавьте в первый цилиндр 15 мл концентрированной НС1 — появляется желто-зеле ная окраска; во второй —5 мл 25-процентного раствора аммиака — появляется синяя окраска; в третий —2 мл 10-процентного раствора гексацианоферрата (II) калия— появляется красно-бурый осадок. При уменьшении коли чества реагента, необходимого для образования соединения, происходит увеличение интенсивности окраски при образовании более устойчивых комплексов.                                                                            

    Пояснение к опыту: Многие комплексные соединения меди являясь комплексами с переносом заряда, обладают интенсивными полосами поглощения. В зависимости от силы влияния частиц интенсивность и положение полосы поглощения изменяется. Изменяется также устойчивость комплекса. Этим объясняется различие в чувствительности реакции иона меди с различными реагентами:

    [Cu(H2O)6 ]2+   + 4Cl -   = [CuCl4]2-  + 6 H2O

                                         Желто-зеленая

    [Cu(H2O)6 ]2+  +4NH3  =  [Cu(NH3)4 ]2+   + 6 H2O

                                          Синяя

    2[Cu(H2O)6 ]2+  + [Fe(CN)6 ]4-  = Cu2 [ Fe(CN)6 ]   +12 H2O

                                                      Красно -бурая

    Опыт № 8 Сравнение окраски солей различных металлов

    Техника проведения опыта: отобрать для сравнения соли различных металлов:   Cu2+ , Fe 2+, Fe 3+ ,Co 2+ ,Ni 2+ , Cr 3+ , Cr +6 ,Mn 4+ , Mn 7+, Na+  , Mg2+ Al 3+ , Ba 2+  , Ca 2+ ,  K+ .

    Наблюдение: окрашенными оказались соли Cu2+ , Fe 2+, Fe 3+ ,Co 2+ ,Ni 2+ , Cr3+  Cr +6 ,  

    Mn 4+ , Mn 7+.

    Вывод: окраской обладают соединения d- элементов, имеющие свободные орбитали или возможности для перехода электронов на более высокий энергетический уровень.

    Опыт №  9 Влияние растворителя на окраску соединений

    Техника проведения опыта: растворить в этиловом спирте и воде кристаллы безводного  СоСl2, СuСl2 .

    Наблюдение: В спирте раствор соли кобальта синий, а в воде – розовый. В спирте раствор соли меди зеленый, а в воде – голубой.

    Вывод: Растворитель оказывает влияние на окраску ионов.

    Опыт № 10 Влияние степени окисления на окраску ионов

    Техника проведения опыта: в три стакана на 50 мл налить по 25 мл солей хрома. В первый прилить р-р пероксида водорода и щелочь, во второй соляную кислоту и подогреть, в третий- пропустить сероводород

    Наблюдения:

    Cr2(SO4)3 + 3H2O2 + 10 NaOH = 2Na2CrO4 +3Na2SO4 +8 H2O

    зеленый                                                     желтый

    K2Cr2O7 + 14HCl = 2KCl + 2CrCl3 + 3Cl2 +7H2O

        оранжевый                                    зеленый  

    2K2Cr2O7 + 3H2S + 2 H2O = Cr(OH)3   + 3S + 4KOH        

        оранжевый                                зеленый

    Вывод: среда раствора оказывает влияние на степень окисления ионов хрома и определяет  ихокраску.

    Заключение

         Вот и закончилось путешествие в мир химии и цвета.  Конечно, нам не удалось заглянуть во все уголка этого многообразного разноцветного мира. Да и цель была поставлена иная — не экскурсия, а  изучение. Последнее слово в науке о цвете еще не сказано, и, вероят но, это произойдет не скоро. Но основное уже известно. Мы могли бы сейчас отве тить сэру Уолтеру Релею, почему кровь красная, а трава зеленая. Этой; тайн не существует больше. Цвет определя ется состоянием электронов в молекуле соединения. Любое проявление цветности весьма точно и гармонично уклады вается в представления квантовомеханической теории: фо тоны, «падающие» в потоке света, взаимодействуют с элек тронами в молекуле, возбуждают их и вызывают цвет. В простом веществе для появления цвета важно состояние электронов отдельных атомов. В кристаллах — пространст венное расположение, химическая связь и изменяющееся при этом положение энергетических электронных уровней. В соединениях неорганических главную роль играет поля ризация ионов, приводящая к ионному распределению электронной плотности по сравнению с состоянием элек тронной оболочки отдельных атомов.

    Конечно, в  своей работе  мы не смогли  отра зить все многообразие проблем, связанных с цветом. Она была посвящена лишь одной из немногих — химическим особенностям веществ, обладающих окраской. И все же даже в таких узких рамках — связи цвета со строением молекул — в ней не могли не найти отражение другие проблемы цветового мироощущения. Ведь все они взаимо связаны. Представьте себе на миг, что цветовые восприятия вдруг исчезли. Нам придется судить о различии предметов, как это делается по обычной фотографии: только по коли честву рассеиваемого света. Во-первых, окружающий нас мир сразу же обеднел бы подробностями, так как две по-разному окрашенные поверхности, но фотометрически одинаковые, казались бы неразличимыми. Во-вторых, увеличилось бы время для ориентирования даже в знакомой обстановке, так как требуется длительное время, чтобы различить предметы не по цвету, а только по яр кости.

    А художественная сторона восприятия цвета? Ведь цвет — важнейшее изобразительное средство во всех ви дах искусства. О роли цвета в живописи уже говорилось в книге, так же как и о его роли в современной цветому зыке. В художественной литературе цвет присутствует как одно из важнейших выразительных средств. Писатели нередко используют цвета и цветовые эпитеты для харак теристики своих героев. Вспомните светлую повесть А. Грина «Алые паруса». В творчестве таких писателей, как А. С. Пушкин или Л. Н. Толстой, даже можно проследить изменение цветовой гаммы, используемой ими в своих произведениях, при переходе к зрелому творчеству.

    Человек, хотя и «царь», но он же и часть природы, и его не могут не трогать великолепие и разнообразие ок расок, цветов и расцветок, которыми «щеголяют» предста вители животного и растительного мира нашей планеты. Цвет— необходимое условие существования человека, и до тех пор, пока на земле будет существовать человек, но прекратятся попытки все глубже и глубже проникнуть в суть явления цвета.

    Видимый свет — это лишь небольшая часть общего потока электро магнитных волн, доступная непосредственному наблюде нию человека. Цвет может возникнуть и в том случае, когда поток падающих на вещество электромагнитных волн и не воспринимается человеческим глазом. Так, не которые краски и ткани принимают разные, порой фанта стические расцветки, когда на них действует невидимое ультрафиолетовое излучение. Электроны, поглощающие энергию невидимых лучей, преобразуют ее и начинают от давать в виде волн другого диапазона, уже воспринимае мых человеческим глазом. Состояние электронов в  молекуле – вот основа для объяснения цвета.

    Список использованной литературы

    1.Гурский И. П., «Элементарная физика», «Наука», Москва, 1986

    2. Ольгин О.,  «Опыты без взрывов»,  Москва, «Химия», 1995.

    3. Перельман Я., «Занимательная физика»,  Москва, 1987.

    4. Слейбо У.,  Персонс Т., «Общая химия»,  Москва, 1989.

    5. Фадеев Г.Н. Химия и цвет М., «Просвещение», 1983.

    6.Шпаусцус З., «Путешествие в мир органической химии»,«Мир», Москва, 1997.

    7. Энциклопедический словарь юного химика. М., Педагогика. 1982.

    8. Внукова Зинаида Владимировна, учитель физики Исследовательская работа «Почему помидор красный?» Интернет –ресурс фестиваль Открытый урок.

    Приложение 1

    Характеристики цвета

         

         

         

         

         

         

    Ахроматические цвета

         

         

         

         

         

         

    Уменьшение яркости синего цвета

         

         

         

         

         

         

    Уменьшение насыщенности синего цвета

         

         

         

         

         

         

    Увеличение светлоты цвета

         

         

         

         

         

         

    Изменение тона синего цвета

    Приложение 2

    Зрительные иллюзии

                         

    23


     

    Комментарии

    Татьяна Геннадьевна Сивожелезова

    Данная работа размещена на портале Фестиваль творческих и исследовательских работ "Портфолио" (  http://portfolio.1september.ru/ work.php?id=575921) и отнесена к разделу "Избранные работы".