"Химия", Жилин Д.М., (изд. "БИНОМ. Лаборатория знаний")
Цвет вещества возникает из-за избирательного взаимодействия со светом: одни части спектра вещество поглощает, а другие отражает или пропускает. Поэтому непрозрачный предмет мы видим по отражённым лучам, а прозрачный раствор — по прошедшим через него. Теория цвета помогает объяснить окраску веществ, действие фильтров и различие между смешением света и смешением пигментов.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Цвет вещества — это ощущение, возникающее у человека из-за того, какие части спектра вещество поглощает, а какие отражает или пропускает. Непрозрачное тело кажется окрашенным по отражённым лучам, а прозрачное — по прошедшим. Это определение нужно, чтобы не считать цвет самостоятельным излучением предмета.
Спектр видимого света — совокупность цветов, на которые разлагается видимый свет. В него входят участки от красного до фиолетового. Понятие спектра помогает определить, какие именно лучи были удалены поглощением или остались после прохождения через вещество.
Дополнительные цвета — пары цветов, которые при сложении дают белый свет. Если вещество поглощает один цвет из такой пары, остальные отражённые или пропущенные лучи создают цвет, дополнительный поглощённому. Поэтому наблюдаемый цвет часто не совпадает с цветом поглощения.
Пигмент — окрашенное вещество, придающее материалу цвет благодаря избирательному поглощению света. Пигмент не обязан светиться сам: он изменяет состав отражённого света. Это понятие нужно для объяснения действия красок, чернил и красителей.
Белый свет состоит из лучей разных цветов, то есть из разных участков видимого спектра. В призме свет преломляется, причём лучи разных цветов отклоняются неодинаково. Поэтому они расходятся и становятся видимыми как цветная полоса — спектр. Призма не создаёт цвета, а разделяет уже присутствующие в белом свете составляющие.
Непрозрачное вещество не пропускает свет насквозь, поэтому часть лучей поглощается, а часть возвращается от поверхности. До глаза преимущественно доходят отражённые лучи, и по ним предмет получает свой цвет. Прозрачное вещество ведёт себя иначе: одни участки спектра оно поглощает внутри себя, а другие пропускает. Поэтому раствор или стекло кажутся окрашенными по прошедшему свету.
Вещество поглощает цвета неодинаково, потому что его частицы взаимодействуют с энергией света выборочно. Лучи некоторых частот передают энергию молекулам или атомам и ослабляются, а другие проходят или отражаются значительно лучше. Если сильнее поглощается красная часть спектра, до глаза остаётся больше дополнительных голубовато-зелёных лучей. Так различие в поглощении превращается в различие воспринимаемых цветов.
Дополнительные цвета связаны с тем, что белый свет можно представить как сочетание разных участков спектра. Если из него убрать один участок, смесь оставшихся лучей будет иметь цвет, дополняющий поглощённый до белого. При смешении пигментов каждый компонент поглощает свою часть спектра, поэтому итоговый цвет определяется общим набором поглощений. До глаза доходят только лучи, которые не поглощены всеми пигментами; их бывает меньше, чем при смешении световых лучей, поэтому краски часто темнеют.
| Поглощаемая часть спектра | Наблюдаемый цвет вещества | Объяснение |
|---|---|---|
| Красная | Голубовато-зелёная | Отражается дополнительная к красному область. |
| Зелёная | Пурпурная | До глаза доходят красная и синяя составляющие. |
| Синяя | Жёлтая | Жёлтый цвет образуют красная и зелёная составляющие. |
| Жёлтая | Синяя | Преимущественно остаётся синяя область спектра. |
| Фиолетовая | Жёлто-зелёная | Наблюдается область, дополнительная фиолетовой. |
Таблицу используют как ориентир: сначала находят преимущественно поглощаемую область, затем выбирают дополнительный к ней цвет. Оттенок в реальном веществе может отличаться, потому что поглощение обычно распространяется не на узкую линию, а на некоторый диапазон спектра.
Условие: белый свет падает на красный непрозрачный предмет. Нужно определить, какие лучи он преимущественно отражает и поглощает.
Ответ: предмет преимущественно отражает красные лучи, а значительную часть других лучей поглощает. Он не создаёт красный свет сам, а возвращает часть падающего белого света.
Условие: прозрачный раствор выглядит синим. Нужно определить пропускаемые и поглощаемые лучи.
Ответ: раствор преимущественно пропускает синие лучи. Он поглощает главным образом те части спектра, которые не дошли до глаза; среди них заметную роль могут играть дополнительные к синему жёлтые области.
Условие: первый пигмент поглощает красные лучи, второй — синие. Нужно понять, какой свет сможет дойти до глаза.
Ответ: смесь может выглядеть зелёной или зеленоватой, если зелёные лучи оба пигмента поглощают слабо. Точный оттенок зависит от ширины полос поглощения и от освещения. Это не сложение красного и синего света: пигменты вычитают из белого света поглощаемые части.
Ошибка 1. Считать, что красный предмет сам излучает красный свет. Так думают, потому что предмет выглядит источником цвета, но обычно он лишь отражает красные лучи падающего света. Проверка: спросите, откуда взялся свет, и представьте предмет в темноте.
Ошибка 2. Путать поглощаемый и наблюдаемый цвета. Поглощённые лучи до глаза не доходят, поэтому виден чаще дополнительный к ним цвет. Проверка: мысленно сложите поглощаемый и наблюдаемый цвета — должна получиться близкая к белой смесь.
Ошибка 3. Применять к краскам правила смешения световых лучей. Пигменты не складывают свет, а поглощают его части, поэтому смесь обычно темнее. Проверка: выясните, какие участки спектра удаляет каждый пигмент.
Ошибка 4. Ожидать один и тот же цвет при любом освещении. Без нужной части спектра предмету нечего отражать или пропускать. Проверка: сравните состав падающего света с цветом, который должен увидеть наблюдатель.
Для понимания теории цвета нужны знания о составе белого света, отражении и пропускании света, а также об основных цветах спектра. Эти сведения объясняют, почему призма разделяет свет и почему прозрачные тела окрашивают проходящий луч.
Тема пригодится при изучении окраски растворов и минералов, выборе красителей и объяснении работы цветных фильтров. Она также помогает отличать свойства вещества от особенностей источника освещения.
Почему белый предмет кажется белым?
Белый предмет отражает большую часть падающих на него лучей видимого спектра примерно одинаково. В глаз одновременно попадают разные цвета, и мозг воспринимает их сочетание как белый цвет.
Почему красное вещество может выглядеть чёрным при другом освещении?
Красное вещество выглядит красным, когда в падающем свете есть красные лучи, которые оно может отразить или пропустить. Если освещать его светом без красной части спектра, отражать почти нечего, поэтому вещество кажется тёмным или чёрным.
Чем цвет прозрачного раствора отличается от цвета непрозрачного предмета?
Цвет прозрачного раствора определяется лучами, которые прошли через него. Цвет непрозрачного предмета определяется главным образом лучами, отражёнными от его поверхности.
Как определить, какие лучи поглощает вещество?
Нужно сравнить цвет вещества с цветом падающего света и определить, какие части спектра до глаза не доходят. Для прозрачного вещества можно также исследовать прошедший свет: поглощёнными будут отсутствующие в нём участки спектра.
Почему смешение красок не всегда даёт тот же результат, что смешение цветного света?
Цветные световые лучи при смешении складываются и могут давать более светлый результат. Пигменты, наоборот, поглощают части спектра, поэтому при смешении обычно остаётся меньше света, а цвет становится темнее.
§ 46. Теория цвета
