Оглянитесь. Прямо сейчас. Где бы вы ни находились и чем бы не занимались, вас окружает цветной мир. Почти всё имеет свой цвет — яркий или тусклый, однородный или меланжевый, тёплый или холодный. Его нам дают особые вещества — пигменты.
Как образуются пигменты, и можно ли «запрограммировать» цвет? Почему масляные краски стоят, как крыло самолёта? Как знание химии пригодится домашним кулинарам? Разложить ответы на цветовой спектр помогла кандидат химических наук, доцент, заведующий кафедрой химии и естественно-научного образования ПсковГУ Лариса Никольская.
Кто определяет цвет?
Итак, пигменты — это химические соединения, обычно они имеют вид порошка. Пигменты почти не растворяются ни в воде, ни в спирте, ни в ацетоне. При замешивании пигмента с органическим растворителем образуются отдельные суспензии.
Молекулы в пигментах могут быть связаны друг с другом по-разному. У органических пигментов это будут углеродные цепочки, у неорганических — различные оксиды и соли. От того, какое вещество с каким типом связи будет в основании, зависит цвет пигмента. Например, соединения железа и хрома дают оттенки зелёного, а кобальта – известный ультрамарин.
«Пигменты использовались человечеством на протяжении почти всей истории. Древние индустрии — строительство, производство тканей — требовали красителей. И людям пришлось научиться получать пигменты из минералов и других природных веществ», — рассказала Лариса Никольская.
Сегодня мы продолжаем использовать те же минеральные пигменты. Правда, не так часто. Скорее, в исключительных случаях, если речь идет об искусстве, например. И дело не только в стоимости.
Исключительная роскошь
Сегодня краски с природными пигментами стоят очень дорого. Гораздо дороже, чем синтетические. Почему?
Натуральные пигменты происходят из минералов и других ограниченных и невосполнимых ресурсов. Минералов на планете пока много, но не настолько, чтобы ими разбрасываться. Поэтому, например, масляные краски с натуральным пигментом (и полотна, которые ими написаны) стоят так дорого.
«У природных и искусственно созданных пигментов есть свои особенности. Да, у синтетических пигментов шире спектр цвета. Но природные пигменты более устойчивы к воздействию температур и химическим реагентам. Искусственные создаются в лабораторных условиях, поэтому они больше склонны к разложению, быстрее выцветают и теряют свои свойства. Срок службы изделий с выведенными в лаборатории пигментами ниже. А масляной живописью мы можем любоваться веками!» —добавила Лариса Владимировна.
Совсем отказаться от природных пигментов мы не сможем не только из-за их долговечности. Если нам нужно не просто покрасить забор, а создать шедевр на холсте, мы прибегнем к натуральным краскам из-за их особых свойств.
«Дело в том, что сами пигменты имеют тот или иной цвет, потому что поглощают свет на определенной длине волны. И это делает оттенок пигмента уникальным. Это дает пигменту возможность играть особым образом в рассветных или закатных лучах. За счет этого произведение живет. Каждый раз, когда мы вновь подходим к произведению, мы видим новые раскрывающиеся нюансы», — пояснила преподаватель ПсковГУ.
Но в целом, давайте отдадим должное – без современных технологий мы не могли бы даже представить себе такую широкую палитру цветов, которая доступна сегодня, и до сих пор платили бы за синюю краску как за золото.
Пигменты заставляют доверять
Пигменты пригождаются нам не только в рисовании. Большую роль они играют в пищевой промышленности. Конечно, в желудке глаз нет, но маркетологи уверены в обратном. Они уже давно поняли: цвет продукта напрямую влияет на его продаваемость.
«Человек на генетическом уровне лучше воспринимает определенные пигменты, определенную цветовую гамму как наиболее натуральную и полезную. Маркетологи используют это и создают товары, мимо которых мы не можем пройти. Они специально приближаются к натуральным, природным оттенкам, которым мы исторически доверяем», — объяснила Лариса Никольская.
Сегодняшний тренд на экологичность продуктов имеет ещё одно проявление: людям не нравится видеть «Е-добавки» в составе продуктов. Чтобы сократить состав и сделать питание «более полезным», химики изучают разноцветные продукты, способные давать красители.
Студенты ПсковГУ в университетской лаборатории тоже идут по этому пути.
«Мы изучаем шпинат (в нем много хлорофиллов, которые дают зелёный цвет). Или желто-оранжевые каротиноиды, которые получаем из моркови. Или фиолетовые и синие антоцианы из свеклы. Мы со студентами рассматриваем, в каких диапазонах можно применять пищевые красители с пигментами, и в каких условиях более устойчивы», — добавила преподаватель.
КСТАТИ
Провести эксперимент с пигментами можно прямо у себя на кухне, во время приготовления борща. Когда будете предварительно отваривать свёклу, в конце варки добавьте чайную ложку лимонной кислоты. Тогда при последующем кипячении (уже в составе борща) свёкла не потеряет цвет.
Почему так? Потому что, добавляя лимонную кислоту, вы меняете кислотность среды, к которой пигменты свёклы более устойчивы. Вот такой бытовой химией мы занимаемся буквально каждый день и даже не замечаем этого.
Металлический семицветик
И ещё один виток на эстетику. Все же видели в цветочных магазинах голубые хризантемы или цветы неожиданно яркого цвета фуксии? Обычно люди думают, что такие цветы «покрасили» краской (окунули в воду с разведённым пищевым красителем). Но не всё так просто!
«Если таким образом “красить” растения, можно потерять свойства цветка. В этом случае действуют иначе. Цветок во время выращивания поливают водой с добавлением ионов металла, который даст окраску. Когда цветок вырос, его условия содержания меняют: ставят в воду либо с кислой, либо со щелочной средой. И тогда мы получаем либо синий, либо розовый цвет бутона», — отметила Лариса Владимировна.
СОВЕТ ДАЧНИКАМ
Поэкспериментируйте с разведением гортензий. В зависимости от того, на какой почве растёт этот цветок (на кислой или на щелочной), будет меняться его оттенок. Например, за формирование оттенка у гортензий отвечает алюминий. На кислой среде с достаточным количеством алюминия цветы будут голубыми, а на щелочной с дефицитом металла – красные. Подготавливая почву особым образом, вы можете собрать целую цветовую гамму на участке.
Запрограммировать цвет
Как же сегодня люди работают с пигментами? Как изобретают красители с новыми свойствами? Трудно поверить, но химики буквально программируют их. Студенты ПсковГУ тоже занимаются таким колдовством с помощью изученных на курсе информатики программ.
«Когда создаётся пигмент, программируется его химическое поведение, устойчивость к разрушающим факторам — кислоте, щелочи, маслу, кислороду просчитывается водостойкость и способность противостоять коррозии. Мы пытаемся создать такой продукт, который бы удовлетворял лучшим свойствам при воздействии нескольких факторов», — уточнила преподаватель.
***
Хотя история пигментов для нас уже не нова, мы стоим лишь в самом начале пути создания искусственных пигментов и красителей. Мы ещё не знаем, какие возможности в этой сфере пред нами откроет искусственный интеллект, но уже уверенно идём по этой дороге.
Подстегивает человечество в развитии химии пигментов вполне обывательское стремление окружить себя комфортной цветовой средой. А ещё – разработка пигментов будущего, которые нужны не только для картин, но и для освоения космоса. Удовлетворяя свои потребности в эстетике, мы движем науку вперед. И студенты ПсковГУ идут в ногу со временем и с исследованиями.