新聞 > 科教 > 正文

揭秘顏色背後的科學:梵高為何喜歡創作向日葵

只有少數天然物質擁有能夠吸收可見光的化學結構,例如照片中的雄黃晶體。

我們只能看到吸收可見光的分子,絕大多數有機化合物吸收紫外線,呈現為白色,蜜蜂等動物能夠看到紫外線。

靛藍是人類最早使用的天然染料之一,牛仔褲的藍色便來源於靛藍。靛藍的顏色來自於分子中心的3個雙鍵,即O=C、C=C和C=O。在適當能量的作用下,電子能夠遊走於3個雙鍵之間,這裡的適當能量對應的是橙光。吸收橙光之後,你便能看到靛藍色。

酒石黃是一種合成食品著色劑,讓糖果擁有絢爛可愛的色彩。酒石黃分子核心的氮雙鍵(N=N)賦予它鮮艷的橙色。

人類最初使用的材料容易褪色。在早期人類在洞穴描繪的圖畫中,我們仍能看到這些染料。圖片中的無機染料立基於一種被稱之為「氧化鐵」的晶體結構,也就是所說的鐵鏽。顏色最淺的是赭石,也就是近乎純凈的氧化鐵。將不同數量的氧化鐵和氧化鎂混合在一起形成赭色和巧克力色。

黃色的鎘賦予梵高的《向日葵》永恆的金色。梵高創作過很多向日葵,這並不是因為他非常喜歡向日葵,而是因為他能夠獲得黃色的硫化鎘。這種染料雖有劇毒,但所呈現的顏色非常富有藝術氣息。

北京時間11日消息,據澳大利亞廣播公司(ABC)報道,我們生活在彩色的世界,每天接觸各種色彩。幾乎所有純化合物的顏色都是白色的,但如果你了解顏色如何形成,你就不會感到任何驚訝。只有少數天然物質擁有能夠吸收可見光的化學結構。白光實際上由所有顏色的光線構成。當我們說一種化合物呈某種顏色時,我們的意思是它更多地反射這種顏色的光線,而不是其他顏色的光線。不同波長的光線對應不同的顏色。如果一種分子主要吸收藍光,它會呈現出黃色,因為在藍光被吸收之後更多黃光被反射。在所有可能的波長範圍中,可見光的波長只是非常小的一部分。

一種分子可能吸收涵蓋整個電磁波頻譜的光子,從無線電波到X射線,但只有吸收一種可見波長的強度超過另一種或者說吸收不同可見波長的強度存在差異,才會呈現出顏色。絕大多數分子只吸收可見光譜以上的光線,也就是紫外線。這個世界之所以看起來五彩繽紛並不是因為存在大量不同顏色的化合物,但一些化合物確實發揮了重大作用。色彩上最生動並且最富於變化的製劑來自於碳基有機物,包括天然有機物和人工合成的有機物。

當光線的光子與電子發生交互作用時——暫時將電子撞出所在位置——有機分子便吸收光線。這一過程需要耗費能量,光子的能含量取決於顏色,不同電子會被不同顏色的光線撞出,具體取決於電子被分子束縛的程度。

在可見光譜,紅色光子的能含量最少,綠色和藍色光子次之,能含量最多的是紫羅蘭色光子。紫外光子擁有更多能量,X射線的能量超過紫外線,以至於我們已經不將它們稱之為「光線」。被牢牢束縛的電子只能被能量較高的紫外線或者X射線驅逐。絕大多數化合物的絕大多數電子都被牢牢束縛,這也就是為什麼絕大多數化合物呈白色。不過,分子可以塑造,幾乎可以做到讓它們擁有你希望的任何束縛力量,例如讓分子選擇性吸收一些顏色的光線。

一些特別常見的分子結構對電子的束縛程度處於適當區間,例如染料。通過改變排列在活躍分子核心周圍的原子,束縛力可以調整到可見光譜,進而擁有色彩。靛藍是人類最早使用的天然染料之一,牛仔褲的藍色便來源於靛藍。靛藍的顏色來自於分子中心的3個雙鍵,即O=C、C=C和C=O。在適當能量的作用下,電子能夠遊走於3個雙鍵之間,這裡的適當能量對應的是橙光。吸收橙光之後,你便能看到靛藍色。酒石黃是一種合成食品著色劑,讓糖果擁有絢爛可愛的色彩。酒石黃分子核心的氮雙鍵(N=N)賦予它鮮艷的橙色。

包括靛藍和酒石黃在內的很多有機染料面臨一個長期存在的問題——褪色。這些染料之所以隨著時間推移褪色是因為它們吸收可見光的能量,而不是反射、偏移或者完全排斥可見光,這也就意味著它們很容易受到光線的影響。它們的顏色來源於微妙的化學結構,如果這些結構出現破損,顏色也就逐漸褪去。

另一種選擇性吸收光線的方式是利用無機化合物晶體結構產生的能量。這種方式幾乎對光線破壞完全免疫,因為晶體只會單向聚集。即使光線驅逐它們的原子,它們也無法移動很遠距離。晶體的這種邏輯意味著它們會退回到原來的位置,也就不會褪色。

雖然無機染料不褪色,但藉助晶體結構只能形成種類有限的顏色,沒有明亮的高度飽和的色彩。這種染料包括金屬鹽和氧化物,可通過碾碎色彩鮮艷的石頭獲取。色彩鮮艷的石頭的另一個名字是「寶石」或者「准寶石」。來自寶石的染料非常昂貴,例如來自於天青石的天青色染料。這也就解釋了為何在全光譜的合成有機染料出現前一些顏色只屬於富人。梵高筆下的向日葵受到很多人的喜愛。他創作過很多向日葵,這並不是因為他非常喜歡向日葵,而是因為他能夠獲得黃色的硫化鎘。這種染料雖有劇毒,但所呈現的顏色非常富有藝術氣息。

責任編輯: 夏雨荷   來源:新浪科技 轉載請註明作者、出處並保持完整。

科教熱門

相關新聞

➕ 更多同類相關新聞