Ako vznikajú farby a prečo ich vidíme?

Absorpciu žiarenia látkami len vo viditeľnej časti spektra (380 – 780 nm) môžeme subjektívne pozorovať aj vlastnými očami. Absorpcia v tejto oblasti spektra sa nám javí ako farebnosť látky. Farebná látka absorbuje (pohlcuje) z bieleho (viditeľného) svetla len žiarenie takej vlnovej dĺžky (takej farby), ktorá je doplnkovou (komplementárnou) farbou k farbe látky samotnej. Na tomto jave bola založená najstaršia a najjednoduchšia metodika, kolorimetria, kde detekcia veľkosti absorpcie bola robená ľudským okom. Maximálna spektrálna citlivosť ľudského oka je pri vlnovej dĺžke 550 nm. V súčasnosti sa kolorimetria používa ako orientačná metóda, pomocou ktorej je možné relatívne porovnávať intenzitu zafarbenia roztokov vzoriek a štandardov v celom rozsahu VIS spektra (v komparátoroch).

Obr. 2 Farby absorbovaného žiarenia v závislosti od vlnovej dĺžky a ich doplnkové farby

Na obrázku 2 sú uvedené vlnové rozsahy a farby absorbovaného VIS žiarenia a súčasne doplnkové farby, v akých vidíme látky (napr. zafarbenie roztoku) pri pohltení svetla uvedenej vlnovej dĺžky.

Kolorimeter funguje na princípe merania množstva svetla, ktoré prechádza cez vzorku roztoku; svetlo z LED zdroja prechádza cez roztok a fotočlánok na druhej strane meria, koľko svetla bolo absorbované (alebo presvietené), čo priamo súvisí s koncentráciou farebnej látky v roztoku podľa Beerovho-Lambertovho zákona. Tento princíp umožňuje kvantitatívne stanovenie koncentrácií chemických látok, analýzu farby a kinetiky reakcií.

Obr. 3 Schéma kolorimetra

exPERIMENTáLNA ČasŤ

Úlohy

1. Pripravte vodné roztoky rôznych farbív napríklad fixiek, vodových farieb alebo potravinárskych farbív.

2. Odmerajte absorpciu žiarenia pre jednotlivé vodné roztoky farieb.

3. Priraďte ku každej farbe absorbované farby a vyjadrite ich v pomeroch.

Roztoky, prístroje a zariadenie

Destilovaná voda, fixky/farbivá rozpustné vo vode napr. fixky, vodové farby, potravinárske farby; kadičky, kyvety, Pasco kolorimeter, tablet/mobil s nainštalovaným voľne dostpným softvérom SPARKveu (Pasco).

Pracovný postup

Do kadičiek si pripravte vodné roztoky rôznych farbív a pripravte si kadičku s čistou destilovanou vodou.

Zapnite tablet a prístroj podľa návodu na obsluhu prístroja Pasco kolorimeter.

Z kadičky s čistou destilovanou vodou odlejte do sklenej (prípadne kremennej) meracej kyvety tak, aby vyplnila priestor do výšky minimálne 5 mm nad rysku označujúcu minimálnu výšku hladiny meranej tekutiny, ktorá zabezpečí správne meranie.

Vložte kyvetu do kyvetového priestoru Pasco kolorimetra a začnite kalibráciu prístroja podľa návodu na obsluhu prístroja Pasco kolorimeter.

Pre meranie absorbancie vodných roztokov rôznych farbív opäť naplňte kyvetu podľa bodu 3 a začnite meranie príkazom Start po dobu cca. 10 s a zastavte meranie príkazom Stop.

Meranie absorbancie uskutočnite pre všetky vami pripravené vodné roztoky farbív

Vyhodnotenie výsledkov

Z každého merania pre vodné roztoky rôznych farbív si zapíšte hodnoty absorbancii pri jednotlivých vlnových dĺžkach a vyjadrite ich v pomeroch.

Porovnajte farby absorbovaného žiarenia v závislosti od vlnovej dĺžky a ich doplnkové farby.

Kolorimeter je prístroj na meranie koncentrácie látok v roztokoch na základe ich farby a priepustnosti svetla; analyzuje, koľko svetla prechádza vzorkou pri určitej vlnovej dĺžke (λ).

Bezdrôtový kolorimeter Pasco

Súbor na stiahnutie

Návod kolorimeter Pasco

Vedecká otázka

Ako vznikajú farby a prečo ich vidíme?

Oblasť výskumu

Elektromagnetické vlny s dĺžkou 380-780 nanometrov sa nazývajú viditeľné svetlo . Biele svetlo vzniká zmiešaním siedmich jednoduchých farieb , ktoré sa nazývajú základné farby. Po rozklade ich možno pozorovať v podobe bežne známych siedmich farieb dúhy. Tento jav sa objavuje na oblohe počas slnečných dní, keď prší. Padajúce kvapky vody pôsobia ako hranol a rozkladajú biele svetlo na jeho zložky, teda farby. Každá zo siedmich farieb zodpovedá špecifickému rozsahu vlnových dĺžok. Elektromagnetická vlna s najdlhšou vlnovou dĺžkou (635-770 nm) je červená, zatiaľ čo najkratšia (380-450 nm) je zodpovedná za videnie fialovej. Základné farby, ktoré vidíme, sú zobrazené nižšie. Ak má vlna strednú dĺžku z dvoch susedných rozsahov, vytvoria sa prechodné farby .

Obr. 1 Farby

Farebné videnie vyplýva priamo z citlivosti príslušných receptorov v oku na vlnovú dĺžku svetla. Farby rôznych predmetov (napr. pasteliek alebo kvetov) môžeme vidieť, pretože odrážajú a pohlcujú lúče svetla, ktoré na ne dopadajú. Tieto objekty nesvietia vlastným svetlom, ale absorbujú špecifické elektromagnetické vlnové dĺžky z oblasti viditeľného svetla a odrážajú zvyšné. Vidíme určitú farbu, pretože časť žiarenia odrazeného od povrchu predmetu sa dostane do našich očí.

Teória

Absorpciu žiarenia látkami len vo viditeľnej časti spektra (380 – 780 nm) môžeme subjektívne pozorovať aj vlastnými očami. Absorpcia v tejto oblasti spektra sa nám javí ako farebnosť látky. Farebná látka absorbuje (pohlcuje) z bieleho (viditeľného) svetla len žiarenie takej vlnovej dĺžky (takej farby), ktorá je doplnkovou (komplementárnou) farbou k farbe látky samotnej. Na tomto jave bola založená najstaršia a najjednoduchšia metodika, kolorimetria, kde detekcia veľkosti absorpcie bola robená ľudským okom. Maximálna spektrálna citlivosť ľudského oka je pri vlnovej dĺžke 550 nm. V súčasnosti sa kolorimetria používa ako orientačná metóda, pomocou ktorej je možné relatívne porovnávať intenzitu zafarbenia roztokov vzoriek a štandardov v celom rozsahu VIS spektra (v komparátoroch).

Obr. 2 Farby absorbovaného žiarenia v závislosti od vlnovej dĺžky a ich doplnkové farby

Na obrázku 2 sú uvedené vlnové rozsahy a farby absorbovaného VIS žiarenia a súčasne doplnkové farby, v akých vidíme látky (napr. zafarbenie roztoku) pri pohltení svetla uvedenej vlnovej dĺžky.

Kolorimeter funguje na princípe merania množstva svetla, ktoré prechádza cez vzorku roztoku; svetlo z LED zdroja prechádza cez roztok a fotočlánok na druhej strane meria, koľko svetla bolo absorbované (alebo presvietené), čo priamo súvisí s koncentráciou farebnej látky v roztoku podľa Beerovho-Lambertovho zákona. Tento princíp umožňuje kvantitatívne stanovenie koncentrácií chemických látok, analýzu farby a kinetiky reakcií.

Obr. 3 Schéma kolorimetra

EXPERIMENTÁLNA ČASŤ

Úlohy

1. Pripravte vodné roztoky rôznych farbív napríklad fixiek, vodových farieb alebo potravinárskych farbív.

2. Odmerajte absorpciu žiarenia pre jednotlivé vodné roztoky farieb.

3. Priraďte ku každej farbe absorbované farby a vyjadrite ich v pomeroch.

Roztoky, prístroje a zariadenie

Destilovaná voda, fixky/farbivá rozpustné vo vode napr. fixky, vodové farby, potravinárske farby; kadičky, kyvety, Pasco kolorimeter, tablet/mobil s nainštalovaným voľne dostpným softvérom SPARKveu (Pasco).

Pracovný postup

Do kadičiek si pripravte vodné roztoky rôznych farbív a pripravte si kadičku s čistou destilovanou vodou.

Zapnite tablet a prístroj podľa návodu na obsluhu prístroja Pasco kolorimeter.

Z kadičky s čistou destilovanou vodou odlejte do sklenej (prípadne kremennej) meracej kyvety tak, aby vyplnila priestor do výšky minimálne 5 mm nad rysku označujúcu minimálnu výšku hladiny meranej tekutiny, ktorá zabezpečí správne meranie.

Vložte kyvetu do kyvetového priestoru Pasco kolorimetra a začnite kalibráciu prístroja podľa návodu na obsluhu prístroja Pasco kolorimeter.

Pre meranie absorbancie vodných roztokov rôznych farbív opäť naplňte kyvetu podľa bodu 3 a začnite meranie príkazom Start po dobu cca. 10 s a zastavte meranie príkazom Stop.

Meranie absorbancie uskutočnite pre všetky vami pripravené vodné roztoky farbív.

Vyhodnotenie výsledkov

Z každého merania pre vodné roztoky rôznych farbív si zapíšte hodnoty absorbancii pri jednotlivých vlnových dĺžkach a vyjadrite ich v pomeroch.

Porovnajte farby absorbovaného žiarenia v závislosti od vlnovej dĺžky a ich doplnkové farby.

Inovatívna a tvorivá práca študenta

Cieľom laboratórneho cvičenia je rozvíjať u žiakov vedomosti z rôznych ooblasti prírodných vied.

Úloha 1. (práca pre dvojice študentov)

• Zrealizujte STEM experiment s podobnou tematikou.

Úloha 2. (práca pre dvojice študentov)

Z realizácie experimentu spracujte video záznam.