Action d'un colorant ?

[inviteb8947cdd]

Bonjour à tous,

J'aimerais savoir comment un colorant (noir de carbone, dioxyde de titane TiO2) se comporte-t-il pour créer une couleur ?

Après quelques recherches, je sais déjà que la couleur d'un objet dépend des ondes lumineuses que l'objet réfléchit et que les colorants cités sont en fait des pigments insolubles dans leur milieu.

Cependant, j'ignore encore quels sont les effets (chimiques ou physiques) du pigments sur la matière qui modifient sa couleur aux yeux des humains.

Pouvez-vous m'aider ?
Merci d'avance.
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[invitebeea4c0f]

quelles sont tes connaissances en ondes, lumiere, en physique?
que veux tu savoir? l'interaction photon-electron, l exitation des electrons et leurs relaxations? ou seulement pourquoi on reçoit tel ou tel couleur à notre oeil?

[invite23c3b775]

Pour ce qui est des colorants organiques (dont on peut avoir une liste étoffée, bien qu'incomplète ici/wiki/Indicateur_de_pH), il faut retenir que plus une molécule est conjuguée (ie que les doubles liaisons et doublets non liants s'enchaînent à raison d'une liaison sur deux), plus elle absorbera de lumière.
Après, pour qu'elle soit de couleur du spectre visible, il faut que l'énergie corresponde à l'énergie d'un photon produisant une lumière visible).

Je ne sais pas quel est ton niveau en la matière, mais simplement, si ta molécule possède une énergie E due à ses liaisons conjuguées, pour qu'elle émette dans la visible, il faut que la longueur d'onde lambda soit comprise entre 400 et 700 nm. On peut estimer cette valeur par la formule E=h/lambda. h est la constante de Planck (h=6,62606896×10-34 J.s)

Après, pour les molécules inorganiques dont tu parles (TiO2, noir de carbone, etc.), c'est le même principe sauf que l'énergie E n'est plus due aux liaisons ddoubles qui s'enchaînent, mais à une certaine énergie (ici très complexe) qui dépend de ta molécule.

Je ne sais pas si je me suis bien expliqué, mais c'est comme ça que je l'expliquerais à mes élèves

[inviteb8947cdd]

Pour faire simple, j'ai 17 ans et je suis en 6ème (dernière année du lycée en Belgique)

@zgreg: l'interaction photon-électron pourrait m'intéresser en effet. Ce que j'aimerais savoir, c'est pourquoi l'ajout d'un pigment dans une matière (polymère, peinture...) lui donne un autre aspect (i.e. change sa couleur). Concernant le fonctionnement des couleurs avec l'oeil, je me suis déjà informé à ce propos.

@Nerrik: ton explication me semble très intéressante en effet, et quand tu parles de l'énergie d'une molécule, c'est par rapport aux énergies de liaison entre les atomes c'est bien ça ? Je vais essayer de calculer ça dans les prochains jours, je vous tiendrai au courant si j'ai encore des questions.

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite23c3b775]

@Nerrik: ton explication me semble très intéressante en effet, et quand tu parles de l'énergie d'une molécule, c'est par rapport aux énergies de liaison entre les atomes c'est bien ça ? Je vais essayer de calculer ça dans les prochains jours, je vous tiendrai au courant si j'ai encore des questions.

En fait, pour être plus précis, je parle de conjugaison de liaisons.
Par exemple pour le bleu de bromothymol :
Tu vois bien que les liaisons sont une double puis une simple etc.
Ceci s'appelle la conjugaison, parce qu'elles ont la possibilité de bouger.
Bref, plus une molécule possède ce type de conjugaison (plus elle est conjuguée donc), plus son énergie est basse en comparaison à l'alcane correspondant, puisque plus stable.
Des calculs (complexes, avec des méthodes que je trouve très rébarbatives) te donnent une énergie E pour cette molécule. Il te suffit de "convertir" en longueur d'onde pour savoir où dans le spectre visible elle va absorber
Et donc prendre la couleur complémentaire pour trouver là où elle va émettre
Et le tour est joué

[invite0d3a3e69]

Je ne sais pas exactement ce qui est cherché...
Pour faire simple, le dioxyde de titane a un très fort indice de réfraction ce qui fait qu'il réfléchit toutes les longueurs d'onde. C'est pourquoi il est utilisé dans la peinture blanche.
Ce que dit Nerrik est juste, il faut faire attention que cela s'applique pour les molécules organiques. Dans le cas des métaux (comme Ti), il existe des interactions différentes entre la matière et le rayonnement. Il y a des transitions d-d, mais cela me semble un peu complexe à ce niveau.

[inviteb8947cdd]

Merci beaucoup ! J'ai trouvé ça sur les liaisons d-d: http://forums.futura-sciences.com/ch...ransition.html mais si vous en savez plus, n'hésitez pas à me l'expliquer, je peux me débrouiller pour comprendre.

[invite23c3b775]

Prenons l'exemple du Fe³⁺.

Mais quand on le met en présence de ligands (des molécules ou ions qui s'y accrochent de manière ionique ou des liaisons hydrogène en général), il fait ce qu'on appelle un "complexe".
Le Fe³⁺ seul a une énergie donnée que l'on appellera E.
Avec ces ligands, ses 5 orbitales d qui, seules, avaient la même énergie, deviennent asymétriques et changent d'énergie. Je m'explique :



A gauche de l'image, le Fe³⁺ seul, sans ligand. A droite, avec des ligands. Le type de séparation (trois en bas et deux en haut etc) dépend de la figure géométrique que fait l'ion, ici un octaèdre ou bipyramide à base carrée.

Entre les deux "étages" d'orbitales (ici appelées T_2g et E_g), il y a une certaine énergie. Cette énergie, appelée 10Dq ou "delta" est différente selon les ligands qu'on met autour du Fe³⁺ et selon la forme géométrique de ton complexe.
C'est cette énergie que tu peux convertir avec la même formule que la dernière fois (E=h/lambda) pour obtenir la longueur d'onde lambda absorbée.
Pareil, tu prends la couleur complémentaire pour avoir la couleur émise, donc visible.
Tu comprendras donc que cette couleur diffère selon les ligands. Il suffit de changer un seul des ligands ou même juste d'intervertir deux ligands pour changer sa couleur.
Et tu comprends aussi maintenant que le sulfate de cuivre II est bleu dans l'eau, que le fer II est vert et le fer III est marron dans l'eau, que le cobalt II est violet etc.
Mais cela ne vaut que pour les métaux de transition en solution avec des ligands, pas pour les poudres pures