Hóa học và Màu sắc

I. Khoa học của màu sắc

1. Màu sắc là gì?

Từ một góc nhìn vi mô, màu sắc được định nghĩa là khía cạnh thị giác xuất hiện khi ánh sáng tương tác với các vật thể, cụ thể là sự khác biệt trong bước sóng ánh sáng được phản xạ hoặc phát ra từ chúng. Để nhìn thấy màu sắc, cần phải có ánh sáng. Khi ánh sáng chiếu vào một vật thể, một số bước sóng ánh sáng sẽ bị hấp thụ, trong khi các bước sóng khác được phản xạ. Những màu sắc mà mắt người nhìn thấy chính là những bước sóng ánh sáng được phản xạ.

Mối liên hệ giữa màu sắc và ánh sáng lần đầu tiên được phát hiện bởi nhà khoa học Sir Isaac Newton.

2. Khoa học về màu sắc: Thí nghiệm lăng kính của Newton

Năm 1666, Sir Isaac Newton đã thực hiện các thí nghiệm nổi tiếng về phổ ánh sáng bằng cách cho một chùm ánh sáng đi qua lăng kính. Thông qua thí nghiệm này, ông phát hiện rằng ánh sáng trắng, chẳng hạn như ánh sáng mặt trời, bao gồm các màu khả kiến khác nhau.

Mặc dù nhận thấy một phổ màu vô tận, Newton đã chọn chỉ định bảy màu chính: đỏ, cam, vàng, lục, lam, chàm và tím. Điều này tương đồng với bảy hành tinh được biết đến vào thời điểm đó và bảy nốt nhạc trong thang âm diatonic. Đây cũng phù hợp với quan điểm của Aristotle về bảy loại màu sắc, được coi là sự pha trộn giữa đen và trắng.

Ánh sáng mặt trời (ánh sáng trắng) bao gồm bảy màu chính: đỏ, cam, vàng, lục, lam, chàm và tím. Khi ánh sáng trắng chiếu vào một vật thể trắng, vật thể này phản xạ toàn bộ ánh sáng, khiến nó có vẻ trắng đối với mắt người. Ngược lại, khi ánh sáng trắng chiếu vào một vật thể có màu sắc cụ thể, màu sắc này được phản xạ, trong khi các màu khác bị hấp thụ.

Một vật thể đen hấp thụ tất cả các bước sóng ánh sáng và không phản xạ bất kỳ màu nào, do đó, nó có vẻ đen. Trong khi các họa sĩ coi màu đen là một màu sắc, các nhà khoa học lại không, vì màu đen thực chất là sự vắng mặt của ánh sáng (và màu sắc).

Từ một góc nhìn chủ quan từ phía con người, màu sắc thực chất là nhận thức về thị giác của mỗi người. Màu sắc được hình thành do ánh sáng được phản xạ lại hoặc do chính vật thể đó phát sáng ra. Mắt chúng ta cảm nhận được phần ánh sáng màu gì từ vật thể, đó chính là “màu sắc” của vật thể ấy.

Một vật thể có thể không màu hoặc có màu sắc cụ thể. Các chất rắn thường có màu, trong khi nhiều loại khí lại trong suốt (không màu). Màu sắc chính xác (hoặc sự không màu) được xác định thông qua một số phương pháp khác nhau, tùy thuộc vào bản chất của chất đó.

Màu sắc của các chất vô cơ được xác định khá đơn giản, ví dụ như đá quý. Đá quý và các khoáng sản thường có màu nhờ vào các nguyên tố đặc trưng tạo nên màu đó. Điển hình như hồng ngọc có màu đỏ rực rỡ nhờ và nguyên tố Crom, trong khi ngọc lục bảo lại có hàm lượng lớn hợp chất của Beri. .

Trong nhiều trường hợp, màu sắc (hoặc sự không có màu) được quyết định bởi sự hiện diện của một nguyên tử hoặc phân tử có nhóm mang màu .Đây là các cấu trúc trong phân tử có khả năng hấp thụ hoặc phản xạ ánh sáng khả kiến.

Ngoài ra, màu sắc của một vài vật thể được tạo ra bởi sự sắp xếp chồng chéo của các vật liệu có mức độ phản xạ ánh sáng cao. Điển hình như cánh bướm và lông công. Trong những trường hợp này, các cấu trúc vi mô chồng lên nhau phản xạ ánh sáng, làm thay đổi một số bước sóng hoặc tần số ánh sáng nhất định, dẫn đến sự hiển thị của các màu sắc óng ánh khác nhau khi nhìn từ các góc độ khác nhau.

Hình 1. Màu sắc sặc sỡ của cánh bướm

II. Hóa học và sự thay đổi của màu sắc

Sự thay đổi màu sắc của một chất là dấu hiệu của một biến đổi hóa học. Điều này đặc biệt đúng với các chất chỉ thị hóa học được sử dụng trong các thí nghiệm chuẩn độ.

Hiện tượng thay đổi màu sắc thường xảy ra trong nhiều loại phản ứng hóa học, bao gồm: phản ứng phân hủy, phản ứng kết hợp, phản ứng thế đơn, phản ứng thế kép, hoặc phản ứng cháy. Trong một phản ứng hóa học, liên kết giữa các nguyên tử có thể được tạo thành hoặc bị phá vỡ (hoặc cả hai), dẫn đến sự thay đổi trong cấu trúc và thành phần của các chất tham gia phản ứng.

Để áp dụng kiến thức đã học vào thực tế, dưới đây là một số thí nghiệm hóa học tiêu biểu thể hiện sự thay đổi màu sắc trong các phản ứng:

1. Phản ứng giữa đồng(II) oxit và axit sunfuric

Đồng(II) oxit (CuO) là một chất rắn màu đen, trong khi axit sunfuric (H₂SO₄) là một chất lỏng không màu. Khi hai chất này được trộn lẫn, chúng tạo ra đồng(II) sunfat (CuSO₄) và nước. Dung dịch không màu ban đầu sẽ chuyển sang màu xanh lam nhạt.

2. Nước ép bắp cải đỏ

Nước ép bắp cải đỏ có thể được sử dụng làm chất chỉ thị để xác định dung dịch mang tính axit hay bazơ. Màu sắc của dung dịch sẽ chuyển từ đỏ sang xanh lục khi thêm dung dịch có tính bazơ. Nếu thêm dung dịch có tính axit, màu sẽ trở lại đỏ. Khi dung dịch được trung hòa, nước ép sẽ chuyển sang màu xanh lam.

3. Thí nghiệm với glucose, xanh methylen và natri hydroxit

Để thực hiện, cần chuẩn bị glucose, xanh methylen và natri hydroxit trong một bình. Khi lắc bình và để yên, dung dịch sẽ chuyển từ màu xanh sang không màu. Nếu tiếp tục lắc, dung dịch lại trở về màu xanh. Hiện tượng này xảy ra do sự thay đổi trạng thái oxi hóa-khử của xanh methylen trong môi trường hóa chất.

Kết luận

Màu sắc không chỉ là hiện tượng thị giác mà còn gắn liền với ánh sáng, cấu trúc vật chất và hóa học, mang ý nghĩa quan trọng trong nghiên cứu khoa học.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. “Những khái niệm cần biết về màu sắc trong thiết kế” của Master Media: https://mastermedia.vn/resources/nhung-khai-niem-can-biet-ve-mau-sac-trong-thiet-ke/

2. “The Science of Color the Second Edition” – Steven K.Shevell

3. “What is Color” – Pantone: https://www.pantone.com/articles/color-fundamentals/what-is-color?

4. “The Chemistry of Colour” – UK Chemical Suppliers: https://www.chemicals.co.uk/blog/the-chemistry-of-colour?