Dotaz

V první řadě je třeba si uvědomit, proč jsou látky barevné. Tady se nevyhneme troše teorie:

Viditelné světlo je elektromagnetické záření v rozsahu vlnových délek λ mezi cca 400  až 800 nm, a energie jeho kvant – tj. fotonů – je dána Planckovým vztahem E = h·f, kde f je frekvence záření. Světlo se šíří rychlostí c, takže frekvence je dána f = c / λ. V souhrnu je tak energie fotonu nepřímo úměrná vlnové délce daného záření, a na foton můžeme nahlížet jako na kvantum energie.

V oblasti viditelného světla se plynule mění barva světla podle vlnové délky, postupně od fialové (400 nm) přes modrou, zelenou, žlutou a oranžovou až k červené (800 nm). V našem oku vzniká vnímání bílé barvy právě v takovém případě, kdy jsou všechny vlnové délky ve světle relativně rovnocenně zastoupené. Převaha některých vlnových délek (tj. nedostatek světla o ostatních vlnových délkách) vede k tomu, že vnímáme světlo (nebo materiál) jako barevné.

V mikrosvětě probíhá pohlcování (absorpce) energie pouze za určitých pravidel. Absorbující látka se pohlcením energetického kvanta tzv. excituje, tj. dosáhne energeticky vzbuzeného stavu. Energie těchto excitovaných stavů je však pevně daná – můžeme si to představit jako žebřík. K postoupení o příčku žebříku musíme nohu zvednout o přesně danou vzdálenost. Pokud ji zvedneme méně, na vyšší příčku se nedostaneme. Pokud ji zvedneme více, na vyšší příčku se netrefíme a hrozí nám pád. Stejně tak i molekula může absorbovat pouze takové fotony, které mají energii přesně odpovídající rozdílu mezi excitovaným a základním stavem.

Energie fotonů z oblasti viditelného světla odpovídá typickému rozdílu mezi elektronovými hladinami v atomech a molekulách. Pokud molekula pohltí foton viditelného světla, dojde k vybuzení elektronu na vyšší energetickou hladinu. Pohlcená vlnová délka zároveň z dopadajícího světla zmizí, převahu získají ostatní vlnové délky a látka se nám jeví jako barevná. Její barva je doplňková k barvě, kterou měl pohlcený foton – pokud jsou absorbovány fotony z fialové oblasti, látka se nám jeví jako žlutá, při absorpci modrého světla je látka pro naše oko oranžová, při absorpci zeleného světla je červená, a naopak – absorpce červené vede k zelené barvě atd. Co se ale děje s vybuzeným elektronem? Ten postupně ztrácí energii přes vnitřní pohyby molekuly a vrátí se zpět do základního stavu.

A teď k vlastnímu dotazu: v molekulách jsou atomy mezi sebou drženy pomocí chemických vazeb, a tyto vazby jsou zprostředkovány pomocí elektronových párů. Tyto páry jsou lokalizovány mezi atomy – elektrony se pohybují v definovaném prostoru mezi atomy, a tím tvoří vazbu. Pokud vazebný elektron vybudíme na energeticky vyšší hladinu, znamená to také, že jej necháme létat v jiném prostoru, než když byl ve stavu základním. Díky tomu se může stát, že se elektron v molekule přemístí do oblasti, kde už netvoří vazbu, a tím původní vazba zanikne. Molekula, která byla původně barevná, se tak přeskupí nebo dokonce rozštípne na menší fragmenty, které už ale mají úplně jiné vlastnosti, a často už nepohlcují původní vlnovou délku. Tím se mění barva původního materiálu, až nakonec může zmizet zcela.

K popisovanému vyblednutí jsou náchylné pigmenty, jejichž podstatou jsou organické molekuly s konjugovaným systémem násobných vazeb. U těch může velmi snadno v excitovaném stavu dojít k přeskupení vazeb a degradaci molekuly. Oproti tomu, řada anorganických materiálů je barevných v důsledku přítomnosti iontů přechodných kovů. V takovém případě se vybudí volný elektron nacházející se v d-orbitalu kovu, a při relaxaci se vrátí zpět na původní hladinu. Protože se tyto elektrony neúčastní tvorby vazeb, nedochází při jejich excitaci k riziku rozpadu molekuly. Anorganické pigmenty tudíž bývají barevně zcela stálé.