Исследовательский проект "Химия и цвет"

Муниципальное общеобразовательное бюджетное учреждение средняя общеобразовательная

 школа №2 имени Н.Я.Василенко города Лабинска муниципального образования Лабинский район

Итоговый индивидуальный проект (ИИП),

обучающегося по новым ФГОС

Химия и цвет

Предмет: «Физика»

Автор: Яворская Виктория Юрьевна

9 «А» класс, МОБУ СОШ №2 города Лабинска

Научный руководитель:

Ковбанина Евгения Юрьевна,

учитель физика

МОБУ СОШ №2 города Лабинска

Лабинск 2017-2018

Краткая аннотация проекта

 Около ста лет назад, Уильям Рэлэй утверждал, что красный и зелёный цвета составляют тайны, в которые никто не может проникнуть. Но сейчас мы легко можем сказать, что этих тайн больше не существует. Цвет имеет свои особенности, которые мы относим к различным областям. Например, свойства светового  луча - область физики; окроска и причинные её возникновения – область химии; восприятие цвета человеком – область биологии. В работе учащейся подробно рассматривается причина, связанная с возникновением цвета вещества.  

Содержание

1.Введение _________________________________________________        

2.Теоретическая часть________________________________________        

3.Практическая часть_________________________________________        

4.Заключение_______________________________________________

5.Список использованной  литературы _________________________          

6 .Приложение______________________________________________

1.Введение

Что такое цвет?

Что такое цвет? Цвет – это  качественная субъективная характеристика электромагнитного излучения оптического диапазона, определяемая на основании возникающего физиологического зрительного ощущения и зависящая от ряда физических, физиологических и психологических факторов. Восприятие цвета определяется индивидуальностью человека, а также спектральным составом, цветовым и яркостным контрастом с окружающими источниками света, а также несветящимися объектами. 

Цвета делятся на:

• Ахроматические цвета (оттенки серого);
• Хроматические цвета (цвет, имеющий цветовой тон);
• Спектральный цвет (цвета радуги, то есть основные);
• Неспектральный цвет (цвет производный от остальных).

Актуальность темы:

Красители и краски не просто делают нашу жизнь ярче, но помогают в технике. Они находят применение не только в химии, но и в химической технологии, в медицине и т.д. Всё что вокруг нас связанно с цветом.

Новизна:        

В чем же заключается новизна этого проекта?
Так как мы часто используем в нашей жизни краски и всё, что связанно с цветом, то узная как и почему возникает цвет, мы сможем понять как можно использовать цвет в деятельности человека.

Проблема. Гипотеза. Цель и задачи работы.

Проблема.

Важно чтобы люди поняли, что такое цвет и как он получается, для дальнейшей и лучшей работы с ним.

Гипотеза.

От чего зависит окраска вещества?

Цель:

Выявить зависимость окраски вещества от различных факторов.

Задачи:

• Изучить особенности цвета
• Изучить химическую сущность цвета
• Исследовать факторы, влияющие на цвет вещества
• Прийти к выводу, как связана химия и цвет

Объект исследования: цвет вещества

Предмет исследования: факторы изменения цвета

Респонденты:

-учащиеся школы;

-знакомые.

 Методы исследования:  

1. Анализ научной литературы.

2.        Анкетирование

3.        Работа с Internet-ресурсами

4.        Систематизация и обобщение.

5.        Анализ полученных результатов.                      

2. Теоретическая часть

История появления понятия цвета и первые исследования

Неотъемлемым свойством каждого объекта, видимого человеком, является цвет. Следует заметить, что в силу субъективности восприятия цвета его изучение изначально во многом было затруднено, что не умаляло интерес многих исследователей.

Как и во многих других областях науки, Исаак Ньютон полностью перевернул традиционные теории о поведении света, когда опубликовал первое издание «Оптики» в 1704 году. Ньютон открыл, что белый солнечный свет является комбинацией всех видимых цветов спектра, а не бесцветным, как считалось ранее. Основой его эксперимента было хорошо известное явление: когда белый свет проходит сквозь призму, он расщепляется на все цвета спектра. Ньютон обнаружил, что он может рекомбинировать эти цвета и снова получить белый свет. Ньютон также обнаружил, что если смешать первый цвет видимого спектра (красный) и последний (фиолетовый), можно получить экстраспектральный пурпурный цвет, который вы не увидите в радуге. Смешение первого и последнего цветов побудило его развернуть цветовой спектр в круг, что положило начало традиции использования фигур для демонстрации цветовых моделей. Ньютону нравилось, что круг давал возможность легко предсказать результат смешения цветов, просто выбирая пространство между ними. Размеры цветовых сегментов Ньютон сделал пропорциональными интенсивности каждого цвета в спектре, а количество основных цветов выбрал по аналогии с музыкальной октавой, имеющей семь интервалов.

Цвет с биологической точки зрения

Субъективно воспринимаемый цвет излучения зависит от его спектра, от психофизиологического состояния человека (влияют: фоновый свет/цвет, его цветовая температура; зрительная адаптация), и от специфических свойств индивидуального глаза (дальтонизм). Ощущение цвета возникает в мозге при возбуждении цветочувствительных клеток — рецепторов глазной сетчатки человека или другого животного, колбочках. У человека и приматов существует три вида колбочек — «красные», «зеленые» и «синие», соответственно. Светочувствительность колбочек невысока, поэтому для хорошего восприятия цвета необходима достаточная освещенность или яркость. Наиболее богаты цветовыми рецепторами центральные части сетчатки.

Каждое цветовое ощущение у человека может быть представлено в виде суммы ощущений этих трех цветов (так, называемая «трехкомпонентная теория цветового зрения»). Заметим, что у птиц и рептилий зрение четырехкомпонентно и включает рецепторы ближнего ультрафиолета, выше 300 нм. При достижении необходимой для восприятия цвета яркости наиболее высокочувствительные рецепторы сумеречного зрения — палочки — автоматически отключаются.

Субъективное восприятие цвета зависит также от яркости, адаптации глаза к фоновому свету, от цвета соседних объектов, наличия дальтонизма и других объективных факторов; а также от того, к какой культуре принадлежит данный человек (способности осознания имени цвета); и от других, ситуативных, психологических моментов.

Цвет и его структура.

Атомы и ионы в кристаллической решетке беспрерывно совершают колебательные движения. Это может приводить к деформации кристалла. Сера может иметь различную окраску от желтого до темно- коричневого в зависимости от того, какова ее кристаллическая решетка. Разнообразные аллотропные модификации фосфора: белый, красный, желтый, коричневый, фиолетовый, черный и т.д. – обладают разными физическими и химическими свойствами. Влияние структуры на цвет проявляется и в более сложных соединениях. Так, хромат свинца PbCrO4 может быть и темно – желтым и светло – желтым.

Цвет в результате физико-химических явлений.

Рассматривать химическую сущность цвета нельзя без знаний физических свойств видимого света. Без света нет окраски предметов, все кажется темным. Свет - это электромагнитные волны. Цвет любого вещества определяется длиной волны , энергия которой преобладает в данном излучении. Цвет неба зависит от того, какая часть солнечного света доходит до наших глаз. Лучи с короткой длиной волны (голубые) отражаются от молекул газов воздуха и рассеиваются. Наш глаз воспринимает их и определяет цвет неба - синий, голубой (табл. 1.)

Таблица 1 - Цвет веществ, имеющих одну полосу поглощения в видимой части спектра.

То же самое происходит и в случае окрашенных веществ. Если вещество отражает лучи определенной длины волны, то оно окрашено. Если одинаково поглощается или отражается энергия световых волн всего спектра, то вещество кажется черным или белым. Из уроков биологии вы знаете, что глаз человека содержит оптическую систему: хрусталик и стекловидное тело. В сетчатку глаза входят светочувствительные элементы: колбочки и палочки. Благодаря колбочкам мы различаем цвета.

Таким образом, то что мы называем цветом - результат двух физико-химических явлений: взаимодействие света с молекулами вещества и воздействие волн, идущих от вещества, на сетчатку глаз.

1 фактор образования цвета - свет.

Рассмотрим примеры следующего фактора - структуру веществ.

Кристаллическую структуру имеют металлы, у них упорядоченное строение атомов и электронов. Цвет связан с подвижностью электронов. При освещении металлов преобладает отражение, их цвет зависит от длины волны, которую они отражают. Белый блеск обусловлен равномерным отражением почти всего набора видимых лучей. Такой цвет у алюминия, цинка. Золото имеет красновато - желтый цвет, потому что поглощает голубые, синие и фиолетовые лучи. Медь тоже имеет красноватый цвет. Порошок магния - черный, значит, это вещество поглощает весь спектр лучей.

Что же происходит с цветом веществ при разрушении структуры, например, при диссоциации молекул солей , если эти растворы окрашены.

CuS04 (голубой)  Cu2++ SO42-

NiS04 (зеленый)  Ni2+ + SO42-

СuСI2 (голубой)  Сu2+ + 2СI-

FeCI3 (желтый)  Fe3++3CI-

В этих растворах одинаковые анионы, окраску придают разные катионы.

Следующие растворы имеют один и тот же катион, но разные анионы, значит за окраску отвечают анионы:

K2Cr2O7(оранжевый)  2K++Cz2O42-

K2Cr04 (желтый)  2К++ Cz042-

КМnO4(фиолетовый)  К++ Мп04-

2 фактор появления цвета - ионное состояние веществ.

Цвет зависит и от среды вокруг окрашенных частиц. Катионы и анионы в растворе окружены оболочкой растворителя, который влияет на ионы.

 Если молекула состоит из ионов с заполненными электронными оболочками, то возможность перехода практически исключена. Такие молекулы не имеют окраски. В растворах они бесцветные, а в твердом состоянии белые. Цвет появиться лишь в том случае, если катион с подуровнями, заполненными электронами, связан с анионом, способным к значительной поляризации, например с тяжелыми ионами галогенов или PO43- , AsO4 3- .

Соли и оксиды металлов, имеющих атомы с незаполненными оболочками, в большинстве своем обладают окраской. Взаимное влияние катионов и анионов позволяет варьировать оттенки цвета.

Примеры:

2Ag +         + CrO4 2-  =   Ag2 CrO4 

Бесцветный     желтый                  красный

Нg 2+         + CrO4 2-  =   Нg CrO4 

Бесцветный      желтый               оранжевый

                        3.Практическая часть.

Анализ проведенного опроса среди участников 9-го класса

Всего в опросе приняло участие 20 человек

Опрос показал, что учащиеся мало интересуются цветом и как он появляется.

Проведем несколько опытов, чтобы узнать факторы изменения цвет.

1 опыт:

NaOH + фенолфталеин -> цвет малиновый

Вывод: на изменение цвета влияет окружающая среда

2 опыт.

Рассмотрим внимательно рисунки. Что вы видите? Дочь или усатый отец? Являются ли линии параллельными?

Вывод: наш глаз, как любая сложно устроенная оптическая линза лишь воспринимает изображение. При процессе рассмотрения хрусталик глаза колеблется, то приближая, то отдаляя изображение, поэтому видимые изображения накладываются друг на друга, и мы видим несколько рисунков. Анализом занимается мозг и поэтому мы видим только то, что хотим.

3 опыт.

В два жаростойких стакана наливаем воды и раствор гидроксида натрия. Добавляем в каждый стакан по одной капле индикатора – фенолфталеин, растворы приобретают малиновый цвет. Один стакан нагреваем.

В итоге, в стакане, который мы нагрели до кипения, окраска исчезла.

Вывод: Значит, одним из факторов является температура.

4 опыт.

Растворяем в этиловом спирте и воде кристаллы безводного  СоСl2, СuСl2 .

В спирте раствор соли кобальта синий, а в воде – розовый. В спирте раствор соли меди зеленый, а в воде – голубой.

Можно прийти к выводу, что растворитель оказывает влияние на окраску ионов.

4.Заключение

Я дума, цвет в науке будет изучаться еще долго. Но основное уже известно. Сейчас мы могли бы ответить Уильяму Рэлею, почему кровь красная, а трава зеленая. Этой тайны не больше существует. Цвет определяется состоянием электронов в молекуле соединения. Любое проявление цветности весьма точно и гармонично укладывается в представления квантовомеханической теории. В простом веществе для появления цвета важно состояние электронов отдельных атомов. В кристаллах — пространственное расположение, химическая связь и изменяющееся при этом положение энергетических электронных уровней. В соединениях неорганических главную роль играет поляризация ионов, приводящая к ионному распределению электронной плотности по сравнению с состоянием электронной оболочки отдельных атомов.

Конечно, в  своей работе  я не отразила все многообразие проблем, связанных с цветом. Но, несмотря на это, я узнала, как связана химия с цветом вещества, и как вообще возникает цвет.

5.Список использованной литературы:

1.Гурский И. П., «Элементарная физика», «Наука», Москва, 1986

2. Ольгин О.,  «Опыты без взрывов»,  Москва, «Химия», 1995.

3.Перельман Я., «Занимательная физика»,  Москва, 1987.

4. Слейбо У.,  Персонс Т., «Общая химия»,  Москва, 1989.

5. Фадеев Г.Н. Химия и цвет М., «Просвещение», 1983.

6. https://colorscheme.ru/art-of-color/color-physics.html

7. http://femto.com.ua/articles/part_2/4490.html

8. http://allaboutcolor.narod.ru/color_in_biology.htm

9. https://wiasite.com/page/kareva/ist/ist-7--idz-ax35--nf-67.html

10. https://awdee.ru/a-short-history-of-color-theory/

11. https://novainfo.ru/article/?nid=1989