Короткий и научный ответ: цвет возникает из-за излучения или поглощения света при электронных переходах в атомах, кристаллах и молекулах.
Так, белый свет солнца, собранный из всех цветов радуги, падает на лист растения. В листке есть молекулы, в них электроны, а у электронов — определённые уровни энергии. Падающий луч света словно «толкает» электроны, и их энергия становится выше — за счёт энергии света с соответствующей длиной волны. Из луча, упавшего на листок, исчезают — поглощаются — лучи синего, красного и жёлтого цвета. У них как раз такая энергия, которую могут забрать электроны внутри хлорофилла — сложной молекулы растения. Остаётся зелёный свет. И мы видим лист, окрашенный в такой цвет.
Значит, если мы хотим сделать краски, нам нужны атомы или молекулы, которые умеют поглощать часть солнечного света и отражать другую его часть. Не обязательно, чтобы все частицы краски были цветными. Достаточно некоторого количества в зависимости от интенсивности поглощения.
Дальше начинается другая часть, технологическая. И ответ зависит от того, из чего краску делать и что ею красить.
Например, одна из самых первых красок — охра. Ею нарисованы древнейшие рисунки в пещерах. Цвет охры — цвет земли и крови, красный, жёлтый, коричневый. Цвет ей дают оксиды и гидроксиды железа: гематит, гётит и их гидраты.
А одна из древнейших синтетических красок — египетский синий. Его научились делать 5000 лет назад, нагревая кварцевый песок, известняк и малахит. Голубой оттенок краске придавала медь.
И охра, и египетский синий — пигменты. Пигмент — это нерастворимое твёрдое цветное вещество, замешанное в связующее, которое может быть очень разным: лёгким и растворимым в воде, как акварель, полимеризующимся, как акрил, вязким и твёрдым, как пастель.
Ещё охру и синий объединяет сам источник цвета. Это ионы переходных металлов, меди и железа, в которых есть те самые поглощающие свет электроны. Они населяют d-орбитали переходных металлов, которых в одном атоме от 1 до 10. Энергия поглощения, а значит, и цвет, зависит от соседних атомов, поэтому красители на основе меди и железа имеют разные оттенки. Для железа это жёлто-красная гамма, а для меди — сине-зелёная. Многие другие переходные металлы — ртуть, мышьяк, хром и прочие — придают цвет и своим соединениям, и пигментам красок.
Ещё одна знаменитая древняя краска — пурпур. Это полная противоположность охре.
Во-первых, это не пигмент (твёрдые цветные частички в связующем), а краситель — то есть молекулы краски растворяются в связующем, как соль в воде. Такими веществами хорошо окрашивать одежду, в то время как пигменты хороши для поверхностей — от картин до машин и лака для ногтей.
Во-вторых, это органический краситель. Органические вещества состоят из лёгких атомов (углерод, кислород, азот…), и в них нет такого множества электронов, которые могли бы поглощать свет. Но зато в них есть делокализованные между атомами электроны. На химических рисунках это выглядит как чередующиеся двойные и одинарные связи между атомами углерода. И эти чередующиеся структуры как раз могут поглощать видимый свет и окрашивать вещества.
К ХХ веку люди научились создавать почти любые цвета примерно по одной схеме. Это растворимый краситель или твёрдый пигмент, органический краситель с делокализованными электронами или переходный металл с d-орбиталями.
На этот вопрос ответила старший научный сотрудник Политехнического музея Анастасия Решетняк. Если у вас тоже есть вопросы, связанные с устройством мира или человека, вы можете задать их в комментариях или в письме по адресу question@polytech.one
