Какие вещества меняют цвет. Химическая сущность цвета

Когда среда кислая , у раствора кислый вкус и в нем избыток катионов водорода (оксония), когда щелочная - в растворе избыток гидроксидных анионов. Если в растворе катионов оксония и гидроксид-анионов поровну, то среда считается нейтральной. Катионы H + и анионы OH − непрерывно борются за первенство, а быстро определить, кто в их состязании победитель, нам помогают "судьи" этой "олимпиады" - кислотно-основные индикаторы .

Индикаторы - значит "указатели". Это вещества, которые меняют цвет в зависимости от того, попали они в кислую, щелочную или нейтральную среду. Больше всего распространены индикаторы лакмус, фенолфталеин и метилоранж .

Самым первым появился кислотно-основный индикатор лакмус . Лакмус - водный настой лакмусового лишайника, растущего на скалах в Шотландии. Этот индикатор случайно открыл в 1663 году английский химик и физик Роберт Бойль . Позднее настоем лакмуса стали пропитывать фильтровальную бумагу; ее высушивали и получали таким способом индикаторные "лакмусовые бумажки", синие в щелочном и красные в кислом растворах .

Фенолфталеин , который применяется в виде спиртового раствора, приобретает в щелочной среде малиновый цвет, а в нейтральной и кислой он бесцветен . Что касается индикатора метилоранжа , или иначе "метилового оранжевого", он действительно оранжевый в нейтральной среде. В кислотах его окраска делается розово-малиновой, а в щелочах - желтой .

Если нет настоящих химических индикаторов, для определения кислотности среды можно успешно применять… домашние, полевые и садовые цветы и даже сок многих ягод - вишни, черноплодной рябины, смородины. Розовые, малиновые или красные цветы герани , лепестки пиона или цветного горошка станут голубыми, если опустить их в щелочной раствор. Так же посинеет в щелочной среде сок вишни или смородины . Наоборот, в кислоте те же "реактивы" примут розово-красный цвет. Растительные кислотно-основные индикаторы здесь - красящие вещества по имени антоцианы . Именно антоцианы придают разнообразные оттенки розового, красного, голубого и лилового многим цветам и плодам.

Красящее вещество свеклы бетаин в щелочной среде обесцвечивается, а в кислой - краснеет. Вот почему такой аппетитный цвет у борща с квашеной капустой.

С развитием современных технологий появилось огромное множество уникальной продукции, несущей декоративный эффект. И к таким товарам можно смело относить термохромные краски. Они прекрасно подходят для создания сувениров и уникальных вещей бытового характера. Также прекрасно зарекомендовали себя в создании детской посуды, поскольку способны сообщать о температуре еды. В целом сфера использования термохромной продукции достаточно велика, и с каждым годом она все больше вливается в обиход жизни современных людей. Уникальные свойства краски позволяют применять ее где угодно, ведь она не несет вред человеку и может выполнять как декоративные, так и практические функции.

Основные сведения

В составе термохромных красок содержатся специальные пигменты, которые реагируют на изменение температуры. То есть при соприкосновении с горячим или холодным объектом краска полностью меняет свой внешний вид. Каждый пигмент представляет собой микрокапсулу, которая, собственно, и провоцирует изменение цвета, влияя на весь предмет в целом. Диапазон температурного влияния достаточно велик. В зависимости от целей, которые преследует человек, краска может меняться при температуре от -15 до +70 градусов.

Существует обратимая и необратимая термохромная краска, состав играет основную роль в этой классификации. В случае обратимых после того как температура предмета придет в норму, его внешний вид восстановится. При втором типе рисунок, проявившийся под воздействием тепла или холода, останется надолго. Обычно выбирают вариант, где при влиянии тепла или холода краска исчезает либо же, наоборот, проявляется.

Свойства

Такие краски не наносят вреда здоровью человека, они нетоксичны, не содержат радиации или других вредных веществ. Спектр их применения достаточно широк, поскольку они химически устойчивы и прекрасно сочетаются с другими химическими средами, например, с печатными красками, смолами, пластиком или резиной.

Диапазон воздействия

Если реакция краски происходит при температуре ниже 20 градусов, то в основном такой краситель используют в качестве индикатора для прохладительных напитков или других продуктов питания, которые должны подаваться холодными. Иными словами, положив бутылку в холодильник, человек сможет определить, когда она достаточно остынет, по этикетке, на которой видно изменение цвета.

При температурном диапазоне реагирования от 29 до 31 градуса краску в основном используют для вещей, с которыми соприкасается тело человека. Например, она прекрасно подойдет для создания современных уникальных футболок, меняющих свой цвет от прикосновений. Также термохромная краска идеальна для рекламных буклетов, призывающих человека дотронуться до них, и тогда от прикосновения появляется дополнительная информация.

Если краска реагирует на горячие температуры, превышающие 43 градуса, то она идеально подходит для чашек и другой посуды, предназначенной для горячих напитков и еды. Она может играть как декоративную роль для сувенира, так и иметь предупреждающий характер.

Использование

В основном подобную краску наносят на изделия из текстиля или керамики, реже - на пластиковые и стеклянные вещи, совсем редко - на бумагу. В последнее время также появилась возможность наносить термохромную краску на автомобили. Это позволяет не только улучшить внешний вид машины, но и снизить нагревание металла в жаркие летние дни. К тому же это идеальный вариант для тех, кто любит темный цвет авто, но не хочет, чтобы летом салон перегревался.

Самым популярным вариантом, где используется термохромная краска, стал рисунок на керамических и стеклянных кружках. Практически каждому мужчине хоть раз в жизни дарили такую посуду, где при наливании горячих напитков пропадала или появлялась часть изображения. Также эта разработка нашла свое применение в одежде. Кроме интересных декоративных и подарочных вариантов такие вещи могут предупреждать о замерзании или повышении температуры тела. Подобные узоры также наносят и на спецодежду.

Термохромная краска нашла свое применение и в производстве товаров для детей. Например, есть сигнальные обозначения на посуде и игрушках для купания, которые сообщают, какова температура еды или воды. На многих напитках, которые стоит пить охлажденными, также используются пометки, сделанные этой краской. Они могут наносится как на сами бутылки и банки, так и на этикетки.

Еще одно преимущество, которым обладает термохромная краска, - цена. Она совсем невысокая с учетом свойств этого материала (1500 руб. за 25-граммовую баночку, которой хватает надолго). Подобные решения привлекают клиентов и являются отличным рекламным ходом. Модные журналы и литература рекламного характера тоже часто используют краску, меняющую цвет при разных температурах. Еще одной сферой применения термохромных красителей является создание защитных элементов на лекарствах и косметике.

Светостойкость

Стоит отметить, что термохромная краска крайне чувствительна к воздействию ультрафиолета, поэтому специалисты не рекомендуют хранить ее в местах, где есть прямое попадание солнечных лучей. Практика показывает, что от солнечного воздействия продукт теряет свои свойства буквально за неделю. Кроме того, краска подвержена воздействию внешних факторов, так что при наружном использовании рекомендуется наносить поверх нее еще слой UV-защитного лака. Благодаря этому продукция будет служить дольше.

Метод использования

Главное, что стоит учитывать при смешивании краски, это то, какой эффект хочется получить в итоге. Например, что касается масляных и водных основ, то тут стоит добавлять от 5 до 30% основного компонента, а вот если краску наносят под давлением, то не больше 5%. В связи с этим, прежде чем начинать производство серии, стоит в любом случае протестировать оборудование и проверить, насколько качественный эффект получается в итоге.

Печать термохромными красками крайне простая и незатратная, при этом эффект от нее запоминающийся. А если провести все защитные манипуляции с дополнительным слоем покрытия, то изображение будет долговечным и надежным.

Термохромная краска – это современный материал, при помощи которого создаются необычные покрытия, способные менять цвет под воздействием разных температур. Благодаря такому эффекту составы, обладающие термочувствительностью, нашли широкое применение в разных отраслях, начиная с производства сувенирной продукции и заканчивая покраской автомобилей.

Свойства действующего вещества

Активный компонент в составе – термохромный пигмент. Именно он обеспечивает реакцию покрытия на нагрев или охлаждение, сопровождающуюся изменением окраски. Амплитуда колебаний температур – 15–70 °С.

Значение, при котором начинается реакция, индивидуально для каждого конкретного состава.

KATO_Katosha - Волосы хамелеон (PRAVANA VIVIDS Mood Color)

PRAVANA VIVIDS Mood Color - первый в мире пигмент который меняет цвет ваших волос в зависимости от температуры. ЭТО...

Термохромные пигменты содержатся в материале в виде жидких кристаллов, заключенных в микрокапсулы, что позволяет смешивать их с различными растворами, например, красками на масляной, резиновой или акриловой основе. Действующее вещество обычно составляет от 5 до 30% от общей массы красящего средства ; эта цифра зависит от того, какой требуется результат.

Виды термокрасок

Термохромные составы делятся на две группы:

• возвратные,
• невозвратные.

К первым относятся те покрытия, которые дают обратимый визуальный эффект, то есть способны поменять оттенок и вернуться в исходное состояние, когда температура нормализуется. Повторяется этот “фокус” большое количество раз.

Во втором случае краска меняет цвет единожды и окончательно, больше покрытие реагировать на тепло или холод не будет.

Области применения

Термохромные краски возвратного типа используются более широко, чем их “одноразовые” аналоги. Высокую популярность завоевали эти материалы у автовладельцев, желающих сделать свою машину оригинальной по внешнему дизайну.

Покрытие для авто

Теплочувствительная краска – это находка для тех, кто любит экспериментировать и подходить творчески к уходу за автомобилем. Создать новый интересный имидж для своего железного коня каждый сможет своими руками, потому что работать с краской, меняющей цвет, не сложно. Ее можно наносить даже обычной малярной кистью или валиком, хотя оптимальный вариант для покраски кузова авто – это, конечно, краскораспылитель.

Термохромный материал может быть не только изюминкой декора, но и иметь немаловажную практическую функцию: если при нагреве покрытие автомобиля станет приобретать белый цвет или другой светлый оттенок, то в жаркую погоду кузов сможет отражать солнечные лучи и поверхность автомобиля будет меньше перегреваться.

Для создания сложного визуального эффекта можно воспользоваться следующим приемом: выкрасить машину в несколько слоев термокраски, используя составы с разными температурными порогами. Как очистить стену от старой краски в домашних условиях? Добавить “волшебства” помогут рисунки, сделанные при помощи трафарета или нанесенные от руки (если имеются задатки художника).

Краски которые меняют цвет в зависимости от температуры, ? Автомобиль, для дизайна которого мастерски использовались термочувствительные краски, просто не сможет остаться незамеченным в потоке остальных машин!

Радуясь возможности украсить свое средство передвижения, все-таки следует знать, что термохромная краска имеет и некоторые недостатки:

• низкая светостойкость: чтобы защитить покрытие кузова автомобиля от разрушительного воздействия ультрафиолета, придется нанести слой специального лака и оборудовать место стоянки навесом, (лучший вариант – гараж);
• в случае механических повреждений потребуется полное перекрашивание машины;
• затруднения при регистрации авто, не имеющего постоянного цвета;
• термочувствительная краска – дорогостоящий материал.

Посуда, меняющая цвет

Чайная или кофейная кружка, на поверхности которой проступает забавная надпись или рисунок при попадании в нее горячего напитка – хороший памятный подарок. Блюдо для закусок с появляющимся узором – интересная деталь в сервировке стола. Краска которая меняет цвет от температуры для рисования?

А разнообразная детская посуда, подающая визуальный сигнал при слишком горячей каше или молоке – полезная вещь в обиходе молодых мам.

Важно: термохромные краски не содержат токсичных веществ, и посуда, окрашенная с использованием этих материалов, безопасна для здоровья.

Одежда

В текстильной промышленности также применяют составы, изменяющие цвет в зависимости от температуры. Так, однотонная футболка, надетая на тело, может удивить проявившимся модным принтом, а на джинсах проступит стильный узор или лейбл.

Сувениры и элементы декора

В этой отрасли открыт необычайно широкий простор для применения термохромных материалов: елочные игрушки и гирлянды, прочая праздничная атрибутика, оригинальные светильники и подсвечники, брелоки для ключей, подарочные канцелярские принадлежности и прочее. Замечательно то, что множество вещей можно сделать и покрасить собственноручно, например, нарисовать картину или создать панно с “секретом”.

Печатная продукция

Визитки, “оживающие” от прикосновения теплых рук, рекламные буклеты или журналы, продвигающие парфюм (потрите страничку!), детские книги с картинками, открытки – все это зачастую производится с использованием теплочувствительных составов, благо что их цветовая палитра достаточно богата.

В целом найти оригинальное применение этих необычных материалов в быту каждый может и самостоятельно, проявив фантазию и приложив немного усилий.

Дополнительная информация:

Еще одно преимущество, которым обладает термохромная краска, – цена. Она совсем невысокая с учетом свойств этого материала (1500 руб. за 25-граммовую баночку, которой хватает надолго). Подобные решения привлекают клиентов и являются отличным рекламным ходом.

• Ниже + 20 градусов – для нанесения вещества на посуду, которая будут использоваться для прохладительных напитков.
• + 29… + 31 градусов – подходит для поверхностей, которые будут изменять свой цвет при воздействии с температурой тела (при прикосновении). Использование этого эффекта широко применяется в рекламных целях, на футболках, в журналах и на буклетах.
• Выше + 43 градусов – материалы, предназначенные для изделий, которые буду взаимодействовать с горячей температурой (посуда для горячих напитков). В данном случае эффект изменения цвета выполняет не только декоративную, но и предупреждающую функцию.

Для нанесения на кружки используют термохромную краску с барьером ниже +20 градус по цельсию

Обычно термохромные пигменты токсичны и применяются лишь ограниченно, однако разработчикам The Unseen удалось избавиться от этой проблемы, найдя и синтезировав аналогичные, но безвредные вещества. Как изменить цвет краски в домашних условиях? Изменение температуры заставляет эти молекулы принимать ту или иную пространственную конформацию, меняя и спектр поглощаемого излучения.

В зависимости от конкретной краски в наборе, это может происходить при разной температуре. Например, “холодные” голубой и белый переходят друг в друга в районе 15 °C, а “горячие” красный и черный – при 31 °С.

Бокер разработала несколько красителей, меняющих свою окраску в разных температурных диапазонах. Точки перехода соответствуют переходу между комнатной и уличной температурой, или же соответствуют температуре тела человека. Среди разработанных составов есть черная краска, меняющая свой цвет на красный под действием горячего воздуха, есть краски, меняющиеся от черного к белому, от серебристого к бледно-голубому, от синего к белому и от черного к желтому.

Для создания сложного визуального эффекта можно воспользоваться следующим приемом: выкрасить машину в несколько слоев термокраски, используя составы с разными температурными порогами. Добавить “волшебства” помогут рисунки, сделанные при помощи трафарета или нанесенные от руки (если имеются задатки художника). Автомобиль, для дизайна которого мастерски использовались термочувствительные краски, просто не сможет остаться незамеченным в потоке остальных машин!

Но и первые образцы в промороликах позволяют представить эффект от использования подобной краски для волос. Когда локоны – под воздействием температуры из обдувающего прическу фена, меняют оттенки от темного, почти черного с легким рыжеватым мерцанием до ярко-красного и даже светло-рыжего.
Выглядит достаточно любопытно. К тому же создатели краски обещают максимальную ее безопасность: что она будет не вреднее обычных красок для волос, которые продаются сегодня.

Термохромные (термочувствительные) краски очень популярны в пищевой промышленности. Изображение, покрытое такой краской и помещенное на продукцию, информирует потребителя о том, достиг ли нужного температурного режима продукт, находящийся, к примеру, в холодильнике или печи. Термохромная краска применяется также и производителями пивной, ликеро-водочной продукции (бутылки, этикетки, наклейки и т.д.), где она сигнализирует о том, напиток охлажден, при изготовлении керамической посуды (чашки, стаканы,тарелки), а так же используется в различных видов пластика PP, PVC, ABS, силиконовой резины и других прозрачных или полупрозрачных пластиковых материалах для литья под давлением, экструзии, офсетной, трафаретной печати, шелкограф,флексографии.

Новым способом минимизации ущерба от неисправностей в различных конструкциях может стать разработка усовершенствованных методов для обнаружения повреждений до того момента как они становятся критическими. И в этом на помощь могут прийти материалы, которые меняют цвет при их повреждении.

Добавление специальных наночастиц в прозрачную полимерную смолу приводит к созданию "умного" материала , который меняет цвет при повреждении или же когда его состояние близко к разрушению. Такие материалы и назвали "материалами с изменчивым характером" (англ. " mood ring materials ", дословно – материалы для кольца настроения, которое меняет цвет в зависимости от температуры человека) объяснил Коул Брубэкер, докторант в лаборатории систем надежности (LASIR) университета Вандербильта (Vanderbilt University).

Материал меняет цвет в ответ на механическое воздействие.

Интеллектуальные технологии мониторинга являются в настоящее время одними из самых изучаемых вопросов в гражданской, механической и аэрокосмической технике. Эти вопросы в основном решаются разработкой сетей физических датчиков, которые прикрепляются к представляющим интерес конструкциям. Но данный подход имеет недостатки в виде высокой стоимости оборудования и сложной обработки полученных данных.
Исследователи LASIR пошли другим путем и включают люминесцентные наночастицы в сам материал, которые реагируют на механическое воздействие изменением своих оптических свойств. Такой подход позволяет создать новый тип системы мониторинга, которая является эффективной и экономически выгодной.

"В настоящее время существуют два способа, чтобы поддерживать все инфраструктурные объекты, от мостов до воздушных судов, в безопасности", - говорят исследователи. - "Один из них, когда люди постоянно проводят непосредственный осмотр конструкций. Проблема с этим состоит в том, что данный способ является трудоемким и люди не могут видеть очень маленькие трещины. Другой способ заключается во внедрении в контролируемый объект сложных сетей датчиков, которые непрерывно оценивают состояние конструкции и ищут небольшие трещины и обнаруживают их до того как они становятся слишком большими и начинают сказываться на безопасности конструкции. Проблема состоит в том, что такие сети являются очень дорогими и, в случае воздушных судов, добавляют много веса. Поэтому нам нужно каким-то образом изменить материалы, которые мы используем, чтобы выявить эти крошечные трещины."

Первоначальные исследования команды, показали, что добавление крошечных концентраций специальных наночастиц (от 1 до 5 процентов по массе) к оптически прозрачной полимерной матрице приводит к характерному изменению оптических свойств материала при воздействии на него широкого спектра сжимающих и растягивающих нагрузок.

Группа исследователей из университета Вандербильта не единственные кто использует наночастицы для создания "умных" материалов, но у них есть преимущество. Они используют особый тип наночастиц, называемый квантовая точка белого света. Эти квантовые точки являются уникальными, поскольку они излучают белый свет там, где другие квантовые точки только излучают свет на определенных длинах волн.

Эти специальные квантовые точки были случайно обнаружены в 2005 году в университете Вандербильта в ходе изучения квантовых точек на основе селенида кадмия.

Квантовые точки белого света обладают уникальными оптическими свойствами по сравнению с другими наночастицами, поскольку свечение белого света является поверхностным явлением. Когда такие наночастицы помещают в материал, то они реагируют на то, что происходит вокруг них.

В ходе предварительных испытаний стекловолокно и алюминиевые полосы покрывали полимерным покрытием, содержащим квантовые точки белого света, и подвергали их внешним нагрузкам различной интенсивности. Они установили, что интенсивность спектра излучения, испускаемого квантовыми точками, уменьшается по мере увеличения нагрузки.

График показывает, что спектр белого света квантовых точек в эпоксидной смоле на алюминиевых полосах уменьшается при увеличении растягивающей нагрузки на полосе.

(LASIR Lab / Vanderbilt)

"В механизме явления еще много неясного, но мы показали, что добавление этих квантовых точек в ультратонкие полимерные покрытия на металлических поверхностях может обеспечить заблаговременное предупреждение, когда основной металл получает какое-либо повреждение," – сказали исследователи.

Исследователи полагают, что квантовые точки излучают свет в широком спектре, потому что более чем 80 процентов атомов лежат на поверхности. Они также знают, что связь между поверхностными атомами и окружающими их молекулами играет решающую роль.

Таким образом, исследователи подтвердили, что материал может выступать в качестве нового вида тензодатчика, который постоянно регистрирует механическое воздействие на него.

Исследователи столкнулись и с рядом сложностей. Например, в ряде тестов эпоксидные цилиндры при сжатии деформировались в бочкообразную форму, а спектр излучения фактически увеличивался, а не уменьшался. Исследователи предполагают, что это произошло потому, что деформация сдавливала наночастицы ближе друг к другу и их концентрация в области деформации возрастала.

Кроме этого есть еще одна проблема, которую они должны будут решить, чтобы сделать работоспособную систему обнаружения повреждений. Квантовые точки страдают от засветки. То есть, когда они подвергаются воздействию света, они постепенно уменьшают свечение с течением времени. В результате, такой материал должен быть защищен от внешнего света.

"Существует много проблем, которые необходимо решить, прежде чем мы сможем создать "умный" материал, который готов к реальным приложениям, но тенденция положительна," – говорят исследователи.