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Struttura delle molecole del colore La causa fisica che produce la sensazione di colore è l'interazione della radiazione con gli elettroni della sostanza. In tutte le interazioni fra la radiazione elettromagnetica e la materia vale sempre la legge fondamentale della meccanica quantistica secondo la quale negli atomi, negli ioni e nelle molecole, ogni elettrone occupa un orbitale che descrive una particolare distribuzione spaziale della carica intorno al nucleo atomico o tra gli atomi in combinazione. Nelle molecole i due elettroni impegnati nei legami chimici formano una coppia i cui stati eccitati vengono prodotti con assorbimento di radiazioni situate nell'ultravioletto. In realtà questo è vero solo quando il doppietto elettronico rimane confinato in un determinato legame fra due atomi. Nel caso del doppio legame ed in particolare nei sistemi coniugati, l'elettrone può spostarsi a distanze molto grandi entro l'intera molecola. In questi casi esso non è legato strettamente all'atomo di appartenenza e l'energia necessaria per passare ad uno stato eccitato è più bassa di quella dei sistemi non coniugati. Come si vedrà, la teoria degli orbitali molecolari, applicata alle sostanze organiche, nelle quali gli atomi di carbonio (e talora di azoto) sono legati mediante un sistema di legami alternativamente singoli e doppi, crea nella molecola le condizioni che fanno diminuire l'energia di eccitazione dei doppietti elettronici. Nel benzene l'energia del più basso livello eccitato cade ancora nell'ultravioletto e infatti il benzene è incolore ma, nelle molecole più grandi, ed in particolare in quelle costituite da più anelli, l'assorbimento può estendersi a radiazioni dello spettro ottico e determinare la comparsa del colore. Queste molecole colorate vengono dette cromofore. Il colore può venire esaltato della presenza nel sistema coniugato di gruppi chimici detti auxocromi.
TEORIE DEL COLORE
La teoria del colore ha come scopo lo studio delle relazioni esistenti tra la struttura della molecola ed il suo colore e spiega il meccanismo col quale parte dell'energia elettromagnetica viene assorbita. Le prime ricerche per spiegare il fenomeno risalgono all'inizio del secolo scorso ed hanno permesso la formulazione di varie teorie. Dall'esame di numerosi coloranti organici (dato che quelli usati nel settore tessile sono per la quasi totalità derivati organici) si è notato che esiste una dipendenza tra la costituzione della molecola ed il suo colore.
Confrontando molecole aventi la stessa formula bruta è emerso che il loro colore dipende dalla particolare disposizione dei raggruppamenti atomici. I primi tentativi per stabilire una relazione tra la costituzione chimica e il colore delle molecole risalgono a Graebe e Lieberman (1868); essi attribuirono il fenomeno alla presenza nelle molecole di legami insaturi, poiché esse si decoloravano per idrogenazione. Poco più tardi Otto N. Witt propose la teoria del cromoforo, che riveste ancora oggi grande interesse per la sua semplicità. Secondo questa, una sostanza organica è colorata se contiene determinati gruppi non saturi, che lo stesso Witt chiamò cromofori. Detti gruppi introdotti in composti aromatici o eteroaromatici danno origine ai cromogeni, (composti colorati); la sostanza diviene più intensamente colorata legando al cromogeno gruppi amminici e/o ossidrilici (anche con idrogeni sostituiti), detti auxocromi. In particolare questi hanno le capacità sia di aumentare l'intensità dell'assorbimento del cromoforo, sia di operare lo spostamento del massimo al quale cade l'assorbimento. Oltre ai gruppi auxocromi, nella molecola del colorante si possono trovare altri gruppi, come: - CONHz - COCHj - COOH, - SO-3Na+, - NH+3Cl (anche con idrogeni sostituiti da R), ossia gruppi a carattere da debolmente a fortemente idrosolubilizzante.
I gruppi solfonico e l'ammonico rendono la molecola più solubile in acqua ed influiscono direttamente sul comportamento tintoriale del colorante. La teoria di Witt è stata, per il periodo in cui fu formulata (1876), una interpretazione geniale delle relazioni che legano la costituzione chimica al colore. Alla teoria di Witt ne seguirono numerose altre di cui si propone un breve cenno, in ordine cronologico: quella chinoide di Armstrong (1888), quella di Diltheye Wizinger (1920) ed infine quella di Stieglitz. La teoria di Stieglitz segna un passo molto importante in quanto ammette la possibilità dello spostamento elettronico nella molecola che, come si vedrà, è il fenomeno sul quale si basano le moderne teorie fondate sulla risonanza. Secondo la teoria di Stieglitz i gruppi cromofori e auxocromi della molecola danno luogo ad un processo ossidoriduttivo, con trasferimento intramolecolare di un elettrone; grazie a questa condizione la molecola è capace di assorbire le radiazioni nel campo dello spettro ottico. Un ulteriore approfondimento basato sull'ipotesi della oscillazione dell'elettrone è stato sviluppato prima da Adams e Rothstein (1914) e poi da Bury (1935). Questi formulò l'ipotesi che l'origine del colore di una molecola derivasse dalla sua possibilità di risonanza e che la presenza dei gruppi auxocromi aumentasse la possibilità di risonanza del cromogeno. Un semplice esempio della dipendenza tra la risonanza ed il colore si ha con l'indicatore acido/base metilarancio.
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Ultimo aggiornamento: 17-06-09
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