Renk Değiştiren Maddeler Ömer Edip Kuzugüdenli

17 Ağustos 2017

Renk Değiştiren Maddeler

Boyalar kapladığı maddeleri koruma, güzelleştirme, belirginleştirme veya o maddelere dikkat çekme ya da uyarma gibi çok değişik amaçlarla kullanılırlar.

Renklendirme işleminde gittikçe artan oranda yeni düşünceler ve uygulamalar gelişmektedir. Bunlardan biri de zevk veya gereksinimlerden kaynaklanan renk değiştirme özelliğidir.

Örneğin, büroda çalışan birinin beyaz gömleği yaka düğmesi çözülüp ceket çıkarılınca allı morlu olsa nasıl olur? Veya kullanılan aletler el yakacak kadar ısınınca rengi kırmızıya dönüşerek kullanan uyarsa bazıları da evinin renginin mevsime göre değişmesini isteyebilir. Aslında bütün bunlar günümüzde belirli oranda gerçekleştirilebiliyor ve gelecekte daha da yaygınlaşması bekleniyor.

Maddelere renk değiştirme özelliği kazandırabilecek çok sayıda fiziksel veya kimyasal prensiplerden söz edilebilir. Bu makalede bunlardan birkaç tanesine değinilecektir.

Her maddenin genleşme katsayısı diğerlerinden az veya çok farklılık gösterir. Bu etki günlük hayatta da görülebilir. Örneğin, genleşme katsayısı küçük olan cam bardak ısıl şoktan (kanar su konması) etkilenmezken, bu katsayısı büyük olan bardak çatlar.

Birçok termometrenin çalışması da farklı genleşme prensibine dayanır. Farklı genleşme katsayılarına sahip malzemeleri kullanılarak ısıya bağımlı renk ve desen değişimi yapan ürünler sadece dekoratif değil fonksiyonel amaçlı birçok kullanım alanları da bulacaktır.

Dokuma şeklinde oluşturulmuş ürünlerin iç içe geçmiş bileşenlerinin ısı etkisiyle farklı genleşmesi sonucu kayarak bazı renklerin gizlenmesi, bazılarının da açığa çıkmasıyla renk ve desen farklılıkları sağlanabilir[1].

Basitleştirilmiş bir örnek verilirse: sarı renkte, genleşmesi sınırlı, yatay şekilde, paralel ince şeritlerle bunlara dik, genleşme katsayısı yüksek, mavi şeritlerle dokuma oluşturulsun.

Her şerit grubu birer uçtan sabitlenen bu yapının yüzeyi kırmızıya boyansın. Sıcaklık değişince bu şeritlerin uzunlukları da değişeceğinden, zamanla kırmızı renk gizlenirken sarı ve mavi renkler açığa çıkmaya başlayacaktır.

Malzemenin kendi genleşme özelliklerine ilaveten uçardan sabitlenme ve renk düzenlemeleri değiştirilirse görüntü çeşitliliği de artacaktır.

Programlama yapılarak kullanılan her bir malzemenin, rengi, genleşme katsayısı, esnekliği ve sabitlenme oranları gibi faktörler esas alınarak çok farklı desenlere planlanabilir (Şekil 1 ve 2). Sonuçta, kullanılan renk tonlarının karışımından oluşan çok farklı görünümler elde edilebilir.

Renk Değiştiren Maddeler

Şekil 1. Her maddenin sıcaklık etkisiyle genleşmesi farklıdır.

Renk Değiştiren Maddeler

Şekil 2. Farklı genleşen maddeler kullanılarak ortam ısısına bağlıçok değişik renkler ve desenler elde edilebilir.

Çok yüksek kaynama noktasına sahip olan sıvıların buharlaşmasıgünler, haftalar, hatta aylar alabilir. Parfümlerde bağlayıcı olarak adlandırılan bu tür sıvılarla karıştırılan hoş kokulu maddelerin etki süresi bağlayıcının kalma süresine kadar uzatılmış olur. Bu tür sıvıların renk veren maddelerle karıştırılmasıyla benzer etki sağlanabilir.

Yani rengin yüzeyde kalma süresi sınırlandırılabilir. Birkaç renk katmanı uygulanırsa değişen renk etkileri gözlemlenecektir.

Örneğin, beyaz zemin üstüne önce mavi sonra sarı kaplama oluşturulursa, önce sarı, onun etkisi azalınca altındaki mavinin belirmeye başlamasıyla yeşil, ardından mavi, açık mavi, en son olarak da tabandaki beyaz renk görülecektir (Şekil 3).

boya

Şekil 3. Boyanın yüzeyde kalma süresi sınırlandırılarak altındaki renk açığa çıkartılabilir.

Kimyasal dönüşümlere bağlı renk değişimleri ise genelde daha geniş imkânlar sunar. Bu tür değişmeler renk veren maddelerin uğrayacağı kimyasal dönüşümler sonucu oluşur. Bu dönüşümler zamanla yapısal bozunma, hava, nem, ısı, ışık gibi birçok nedenden kaynaklanabilir. Kuruyken renksiz olan bakır sülfat (göztaşı) zamanla havanın neminden etkilenerek daha yaygınca bilindiği mavi rengine dönüşür.

Turnusol kâğıdına bulunan bileşikler daldırıldığı çözeltinin asit ve bazlık derecesine bağlı olarak verdiği tepkime türüne göre renk değiştirmesinden pH ölçümünde yararlanılır.

Deterjan katkı maddelerinden optik parlatıcılar yıkama sonrası çamaşırda kalır ve aldığıultraviyole ışığı mavimsi beyaz ışığa çevirerek hafif kirliliğin fark edilmesini önler.

Günlük hayatta ve endüstriyel ürünlerde tek yönlü veya geri dönüşümlü bu tür örneklerin sayısı hayli kabarıktır.

Bazı maddeler sıcaklık veya ışığa bağımlı geçici veya kalıcı renk değiştirme özelliğine sahiptirler [2-6]. Örneğin, gümüşün bakır veya klorla ısı ve ışığa bağlı olarak farklı renklerde yapılara dönüşmesi ışığa duyarlıgözlük ve araba camları üretiminde kullanılmaktadır.

AgCl = Ag0 + Cl0 veya Ag+ + Cu+ = Ag0 + Cu++

Eşitliklerinin eğilimi kuvvetli ışık etkisiyle sağa doğrudur ve ürün miktarındaki artış renkte koyuluğa neden olmaktadır (Şekil 4). Geri dönüşümlü olan bu tepkimede ışık şiddeti azalınca girenlerin miktarı artacak ve ürünlerin oranı düşeceğinden renkte açılma veya saydamlık görülecektir.

tepkime

Şekil 4. Güneş gözlüğü camında güneş ışığı etkisiyle gerçekleşen tepkimenin ürünü camın rengini koyulaştırır.

 

Fotoğraf filmlerinin görüntü kaydetmesi de benzer şekilde ama geri dönüşümsüz tepkimeler sonu gerçekleşir. Bir kimyasal tepkimede dengenin nasıl sağlandığına göre renk oluşması yanında dengenin sağlanamamasıda çok ilginç sonuçlar doğurabilmektedir.

Dengeye ulaşamama nedeniyle reaksiyonda bir ileri – bir geri yönde salınım sonucu renkte de devamlıdeğişme (oscillatingcolor) görülür.

Kararlı dengenin sağlanamadığı kimyasal saat veya oskilasyon tepkimeleri denen bu olaylarda tepkime bileşenlerinin bir veya daha fazlasının derişiminde periyodik değişmeler, buna bağlı olarak da renk değişmeleri görülür.

Belousov-Zhabotinsky, Briggs-Rauscher, Bray- Liebhafsky ve ioyot saat tepkimeleri bu tür tepkimelere örnek verilebilir. Çok ilginç laboratuvar deneyleri arasında bulunan bu olay hala sırları çözülmeye çalışılan konular arasındadır.

Bu tepkimelerin ilginç renk özelliklerinin boya malzemelerine uyarlanması pratiklik ve güvenlik gibi sınırlamaları nedenleriyle pek uygun olmamaktadır [7-10].

Yukarıda örnekleri verilen renk değiştirme yöntemlerinin sayısı artırılabilir. Günümüzde uygulamaları sınırlıolsa da, kazanılan özellik veya bulunulan ortama göre renk değiştiren çevre ve ürünlerin gelecekte çok daha yaygınlaşması beklenmektedir.

Yrd. Doç. Dr. Ömer Edip Kuzugüdenli – Endüstriyel Kimya ABD Başkanı / Fen Fakültesi- Erciyes Üniversitesi

 Kaynaklar
  1. Kuzugudenli, O.E., Tacar, Z. andKuzugudenli, S., “Development of ColorandPatternChangingTextilesDuetoDifferentExpansionswithChangingHeat”, UTIB VII. International R&D BrokerageEvent, Bursa, April 26-29, 2015.
  2. Shreve, R.N. andBrink, J.A., ChemicalProcessIndustries, 4th ed., McGrawhillInc., New York, USA, 1976.
  3. Jones, M. M., Netterville, J. T., Johnston, D. O. andWood, J. L., Chemistry, Man andSociety, 2nd ed., SaundersCo., Philadelphia, USA, 1976.
  4. Adamson, A.W. andGast, A.P., PhysicalChemistry of Surfaces, 6th ed., John WileyandSons, Inc., New York, 1997.
  5. Serway, R.A. andBeichner, R.J., PhysicsforScientists, 5th ed., Saunders, N.Y., 2000.
  6. Atkins, P.W, PhysicalChemistry, 6th ed., Oxford UniversityPress, N.Y., 1998.
  7. Pellitero, M.A., Lamsfus, C.A. andJavierBorge, J., “TheBelousov−ZhabotinskiiReaction: ImprovingtheOregonator -Model withtheArrheniusEquation”, J of Chemical, Education, Nov. 2012.
  8. Prypsztejn, H.E., Douglas R. Mulford, D.R.andDougStratton, D., “ChemiluminescentOscillatingDemonstrations: TheChemicalBuoy, theLightingWave, andtheGhostlyCylinder W”, J of ChemicalEducation, Jan 2005.
  9. Matsugo, S. andKanamori, K., “Chemicaloscillation of vanadiumcomplexes: Simple andaperiodicsystems,”CoordinationChemistryReviews, No. 255, 2011.
  10. Lefelhocz, J.F., TheColorBlindTraffitLight – An undergraduatekineticsexperimentusing an oscillatingreaction, Vol. 49, No. 5, 1972.