Ηχρωστική είναι υλικό το οποίο αλλάζει τοχρώματου φωτός το οποίο αντανακλά ως αποτέλεσμα της απορρόφησης συγκεκριμένων μηκών κύματος. Αυτή η φυσική διαδικασία διαφέρει από τονφθορισμό, τονφωσφορισμόκαι άλλες μορφές φωταύγειας, στις οποίες το υλικό εκπέμπει φως.
Πολλά υλικά έχουν την ικανότητα να απορροφούν συγκεκριμένα μήκη κύματος φωτός. Τα υλικά τα οποία ο άνθρωπος επέλεξε να χρησιμοποιήσει ως χρωστικές συνήθως έχουν συγκεκριμένες ιδιότητες πουτα καθιστούν κατάλληλα γιανα χρωματίσουν άλλα υλικά. Μια χρωστική πρέπει να έχει υψηλή δύναμη χρωματισμού καινα είναι στερεή σε φυσιολογικές θερμοκρασίες. Για βιομηχανικές, καθώς καιγια καλλιτεχνικές χρήσεις, η μονιμότητα καιη σταθερότητα είναι επιθυμητές ιδιότητες.
Οι χρωστικές χρησιμοποιούνται γιανα δώσουν χρώμα σε βαφές, στομελάνι, στα πλαστικά, στα υφάσματα, στο φαγητό και άλλα υλικά.
Τα ορυκτά χρησιμοποιούνται ως χρωστικές από την προϊστορική εποχή. [1]Οι πρώτοι άνθρωποι χρησιμοποιούσαν τοχρώμαγια αισθητικούς σκοπούς, όπως η διακόσμηση του σώματος. Χρωστικές ουσίες και εξοπλισμός λείανσης χρωμάτων που πιστεύεται ότι είναι μεταξύ 350.000 και 400.000 ετών, έχουν βρεθεί σεμιασπηλιάστο Twin Rivers, κοντά στηΛουσάκα της Ζάμπιας. Ηώχρα, το οξείδιο του σιδήρου, ήταν το πρώτο χρώμα της βαφής. [2]Μια αγαπημένη μπλε χρωστική προήλθε από τολάπις λάζουλι. Οι χρωστικές που βασίζονται σε ορυκτά και αργίλους φέρουν συχνά το όνομα της πόλης ή της περιοχής όπου εξορύχθηκαν αρχικά. Για παράδειγμα, ηακατέργαστη σιένακαιη καμένη σιένα προήλθαν από τηΣιένα της Ιταλίας, ενώ το ακατέργαστο Ούμπριο προήλθε από τηνΟύμπρια. Αυτές οι χρωστικές ήταν από τις πιο εύκολες στη σύνθεση καιοι χημικοί δημιούργησαν μοντέρνα χρώματα, με βάση τα πρωτότυπα. Αυτά ήταν πιο συνεπή από τα χρώματα που εξάγονταν από τα αρχικά σώματα μεταλλεύματος, αλλά τα τοπωνύμια παρέμειναν. Επίσης, σε πολλές σπηλαιογραφίες της ΠαλαιολιθικήςκαιΝεολιθικής υπάρχει η κόκκινη ώχρα, το άνυδρο Fe2O3καιη ένυδρη κίτρινη ώχρα (Fe2O3.H2O).[3]Ο άνθρακας, ή ο αιθάλης, χρησιμοποιείται επίσης ως μαύρη χρωστική ουσία, από την προϊστορική εποχή. [3]
Η πρώτη γνωστή συνθετική χρωστική ουσία ήταν το αιγυπτιακό μπλε, το οποίο μαρτυρείται για πρώτη φορά σε ένα αλαβάστρινο μπολστην Αίγυπτο που χρονολογείται στη Naqada III (περίπου 3250 π.Χ.). [4][5]Το αιγυπτιακό μπλε (πυριτικό χαλκό ασβεστίου CaCuSi4O10) παρασκευάζεται με θέρμανση ενός μείγματος χαλαζιακής άμμου, ασβέστη, μιας ροής και μιας πηγής χαλκού, όπως ομαλαχίτης. [6] Εφευρέθηκε ήδη στηνΠροδυναστική περίοδο της Αιγύπτου, αλλά η χρήση του έγινε ευρέως διαδεδομένη από την4η Δυναστεία. [7] Ήταν η κατεξοχήν μπλε χρωστική ουσία της ρωμαϊκής αρχαιότητας. Τα τεχνολογικά του ίχνη εξαφανίστηκαν κατά τη διάρκεια τουΜεσαίωνα, μέχρι τηνεκ νέου ανακάλυψή τουστο πλαίσιο της αιγυπτιακής εκστρατείαςκαιτων ανασκαφών στηνΠομπηίακαιτοΕρκουλάνο. [8]Οι μεταγενέστερες προμοντέρνες συνθετικές χρωστικές περιλαμβάνουν τον λευκό μόλυβδο (βασικός ανθρακικός μόλυβδος, (PbCO3)2Pb(OH)2), το βερνίκι καιο μόλυβδος-κασσίτερος-κίτρινο. Το ινδικό κίτρινο κάποτε παρήχθη συλλέγοντας τα ούρα των βοοειδών, που είχαν τραφεί μόνο με φύλλα μάνγκο. [9] Ολλανδοί και Φλαμανδοί ζωγράφοι του 17ουκαι 18ου αιώνα το ευνοούσαν για τις φωτεινέςτου ιδιότητες καιτο χρησιμοποιούσαν συχνά γιανα αναπαραστήσουν το φως τουήλιου. Δεδομένου ότι τα φύλλα μάνγκο είναι διατροφικά ανεπαρκή γιατα βοοειδή, η πρακτική της συγκομιδής του ινδικού κίτρινου τελικά κηρύχθηκε απάνθρωπη. [9]Οι σύγχρονες αποχρώσεις του ινδικού κίτρινου είναι κατασκευασμένες από συνθετικές χρωστικές.
Λόγω του κόστους τουλάπις λάζουλι, χρησιμοποιήθηκαν συχνά υποκατάστατα. Τομπλε της Πρωσίας, η παλαιότερη σύγχρονη συνθετική χρωστική ουσία, ανακαλύφθηκε τυχαία το 1704. Στις αρχές του 19ου αιώνα, οι συνθετικές καιοι μεταλλικές μπλε χρωστικές περιελάμβαναν τη γαλλική μπλε μαρίν, μια συνθετική μορφή λάπις λάζουλι. Τομπλε μαρίν κατασκευάστηκε με επεξεργασία πυριτικού αλουμινίου μεθείο. Εισήχθησαν επίσης διάφορες μορφές κοβαλτίουκαιμπλε της Σερουλέας. Στις αρχές του 20ου αιώνα παρασκευάστηκε το Phthalo μπλε, μια συνθετική μεταλλο-οργανική χρωστική ουσία. Ταυτόχρονα, τοΒασιλικό μπλε, ένα άλλο όνομα που δόθηκε κάποτε στις αποχρώσεις που παράγονται από λάπις λάζουλι, έχει εξελιχθεί γιανα σημαίνει ένα πολύ πιο ανοιχτό και φωτεινό χρώμα και συνήθως αναμιγνύεται από Phthalo μπλεκαι διοξείδιο του τιτανίου ή από φθηνές συνθετικές μπλε βαφές.
Η ανακάλυψη το 1856 της mauveine, της πρώτης βαφής ανιλίνης, ήταν ο πρόδρομος γιατην ανάπτυξη εκατοντάδων συνθετικών χρωστικών και χρωστικών, όπως οιαζωκαιοιδιαζω ενώσεις. Αυτές οι βαφές οδήγησαν στην άνθηση της οργανικής χημείας, συμπεριλαμβανομένων συστηματικών σχεδίων χρωστικών. Η ανάπτυξη της οργανικής χημείας μείωσε την εξάρτηση από τις ανόργανες χρωστικές. [10]
Το 2006, περίπου 7,4 εκατομμύρια τόνοι ανόργανων, οργανικώνκαι ειδικών χρωστικών διατέθηκαν στην αγορά παγκοσμίως. [11] Εκτιμάται σε περίπου 14,86 δισεκατομμύρια δολάρια ΗΠΑτο 2018 και θα αυξηθεί σε πάνω από 4,9% από το 2019 έως το 2026. Η παγκόσμια ζήτηση για χρωστικές ήταν περίπου 20,5 δολάρια ΗΠΑ δισεκατομμύρια το 2009. [12] Σύμφωνα μεμια έκθεση του Απριλίου 2018 από τοBloomberg Businessweek, η εκτιμώμενη αξία της βιομηχανίας χρωστικών σε παγκόσμιο επίπεδο είναι 30 δισ. δολάρια. Η αξία του διοξειδίου του τιτανίου, που χρησιμοποιείται γιατην ενίσχυση της λευκής φωτεινότητας πολλών προϊόντων, τοποθετήθηκε στα 13,2 δισεκατομμύρια δολάρια ετησίως, ενώ το κόκκινο χρώμα της Ferrari εκτιμάται στα 300 εκατομμύρια δολάρια κάθε χρόνο. [13]
Μια μεγάλη ποικιλία μηκών κύματος (χρώματα) συναντά μια χρωστική ουσία. Αυτή η χρωστική ουσία απορροφά το κόκκινο καιτο πράσινο φως, αλλά αντανακλά τομπλε, δίνοντας στην ουσία μιαμπλε εμφάνιση.
Όπως όλα τα υλικά, το χρώμα των χρωστικών προκύπτει, επειδή απορροφούν μόνο ορισμένα μήκη κύματος ορατού φωτός. Οι ιδιότητες σύνδεσης του υλικού καθορίζουν το μήκος κύματος καιτην αποτελεσματικότητα της απορρόφησης φωτός. [14]Το φως άλλων μηκών κύματος ανακλάται ή σκεδάζεται. Το ανακλώμενο φάσμα φωτός ορίζει τοχρώμαπου παρατηρούμε.
Η εμφάνιση των χρωστικών είναι ευαίσθητη στο φως της πηγής. Το ηλιακό φως έχει υψηλή θερμοκρασία χρώματος και αρκετά ομοιόμορφο φάσμα. Το φως του ήλιου θεωρείται πρότυπο γιατο λευκό φως. Οι τεχνητές πηγές φωτός είναι λιγότερο ομοιόμορφες.
Οι χρωματικοί χώροι, που χρησιμοποιούνται γιατην αριθμητική αναπαράσταση των χρωμάτων, πρέπει να προσδιορίζουν την πηγή φωτός τους. Οι εργαστηριακές μετρήσεις χρώματος, εκτός εάν σημειώνεται διαφορετικά, υποθέτουν ότι η μέτρηση καταγράφηκε κάτω από μια πηγή φωτός D65 ή "Daylight 6500 K", που είναι περίπου η θερμοκρασία χρώματος του ηλιακού φωτός.
Το φως του ήλιου συναντά τη χρωστική Rosco R80 "Primary Blue". Το γινόμενο του φάσματος πηγής καιτου φάσματος ανάκλασης της χρωστικής έχει ως αποτέλεσμα το τελικό φάσμα καιτην εμφάνιση μπλε.
Άλλες ιδιότητες ενός χρώματος (όπως ο κορεσμός ή η ελαφρότητά του) μπορούν να προσδιοριστούν από τις άλλες ουσίες, που συνοδεύουν τις χρωστικές. Τα συνδετικά καιτα πληρωτικά μπορούν να επηρεάσουν το χρώμα.
Φυσική χρωστική ουσία ultramarine σε μορφή σκόνηςΗ συνθετική χρωστική ουσία ultramarine είναι χημικά πανομοιότυπη μετη φυσική ultramarine
Πριναπ' την ανάπτυξη των συνθετικών χρωστικών, καιτην τελειοποίηση των τεχνικών γιατην εξαγωγή ορυκτών χρωστικών, οι παρτίδες χρώματος ήταν συχνά ασυνεπείς. Μετην ανάπτυξη μίας σύγχρονης βιομηχανίας χρωμάτων, κατασκευαστές κι επαγγελματίες έχουν συνεργαστεί, γιατη δημιουργία διεθνών προτύπων γιατον εντοπισμό, την παραγωγή, τη μέτρηση καιτη δοκιμή χρωμάτων.
Τοχρωματικό σύστημα Μάνσελ, έγινε το θεμέλιο για μία σειρά μοντέλων χρωμάτων, παρέχοντας αντικειμενικές μεθόδους, γιατη μέτρηση του χρώματος. Δημοσιεύτηκε για πρώτη φορά το 1905. Το σύστημα Μάνσελ περιγράφει ένα χρώμα σε τρεις διαστάσεις, απόχρωση, τιμή (ελαφρότητα) και χρώμα (καθαρότητα χρώματος), όπου το χρώμα είναι η διαφορά από τογκρι, σε μία δεδομένη απόχρωση και τιμή.
Στα μέσα του 20ου αιώνα, ήταν διαθέσιμες τυποποιημένες μέθοδοι γιατη χημεία των χρωστικών, μέρος ενός διεθνούς κινήματος γιατη δημιουργία τέτοιων προτύπων στη βιομηχανία. ΟΔιεθνής Οργανισμός Τυποποίησης (ISO) αναπτύσσει τεχνικά πρότυπα, γιατην κατασκευή χρωστικών και βαφών. Τα πρότυπα ISO ορίζουν διάφορες βιομηχανικές και χημικές ιδιότητες καιτον τρόπο δοκιμής γι' αυτές. Τα βασικά πρότυπα ISO, που σχετίζονται μ' όλες τις χρωστικές είναι τα εξής:
ISO-787 Γενικές μέθοδοι δοκιμής για χρωστικές και αραιωτικές ουσίες.
ISO-8780 Μέθοδοι διασποράς γιατην αξιολόγηση των χαρακτηριστικών διασποράς.
Άλλα πρότυπα ISO αφορούν συγκεκριμένες κατηγορίες ή κατηγορίες χρωστικών, με βάση τη χημική τους σύσταση, όπως χρωστικές ουσίες υπερμαρίνης, διοξείδιο του τιτανίου, χρωστικές ουσίες οξειδίου του σιδήρου κ.ά.
Πολλοί κατασκευαστές χρωμάτων, μελανιών, υφασμάτων, πλαστικών και χρωμάτων έχουν οικειοθελώς υιοθετήσει το Color Index International (CII) ως πρότυπο γιατην αναγνώριση των χρωστικών, που χρησιμοποιούν στην κατασκευή συγκεκριμένων χρωμάτων. Δημοσιεύτηκε για πρώτη φορά το 1925, και τώρα δημοσιεύεται από κοινού στον Ιστό από την Εταιρεία Βαφείων και Χρωστικών (Ηνωμένο Βασίλειο) καιτην Αμερικανική Ένωση Χημικών και Χρωματιστών Κλωστοϋφαντουργίας (ΗΠΑ). Αυτός ο δείκτης αναγνωρίζεται διεθνώς ως η έγκυρη αναφορά για τις χρωστικές ουσίες. Περιλαμβάνει πάνω από 27.000 προϊόντα με πάνω από 13.000 γενικά ονόματα ευρετηρίου χρωμάτων.
Στο σχήμα CII, κάθε χρωστική ουσία έχει έναν γενικό αριθμό ευρετηρίου, πουτην προσδιορίζει χημικά, ανεξάρτητα απ' τα ιδιόκτητα καιτα ιστορικά ονόματα. Για παράδειγμα, το Phthalocyanine Blue BN είναι γνωστό μεμια ποικιλία γενικών και ιδιόκτητων ονομάτων απ' την ανακάλυψή του, τη δεκαετία του 1930. Σε'ένα μεγάλο μέρος της Ευρώπης, τομπλε της φθαλοκυανίνης είναι πιο γνωστό ως Helio Blue ή με ιδιόκτητο όνομα, όπως το Winsor Blue. Ένας Αμερικανός κατασκευαστής χρωμάτων, ο Grumbacher, κατοχύρωσε μια εναλλακτική ορθογραφία (Thanos Blue) ως εμπορικό σήμα. Το Color Index International επιλύει όλες αυτές τις αντικρουόμενες ιστορικές, γενικές και ιδιόκτητες ονομασίες, έτσι ώστε οι κατασκευαστές καιοι καταναλωτές να μπορούν να αναγνωρίσουν τη χρωστική ουσία (ή τη βαφή), που χρησιμοποιείται σε ένα συγκεκριμένο έγχρωμο προϊόν. Στο CII, όλες οι χρωστικές μπλε φθαλοκυανίνης χαρακτηρίζονται με έναν γενικό αριθμό δείκτη χρώματος, είτε ως PB15, είτε ως PB16, συντομογραφία γιατο pigment blue 15 και το pigment blue 16. Αυτοί οιδυο αριθμοί, αντανακλούν μικρές διακυμάνσεις στη μοριακή δομή, οι οποίες παράγουν ένα ελαφρώς πιο πρασινωπό ή κοκκινωπό μπλε.
Στηβιολογία, μια χρωστική είναι οποιοδήποτε έγχρωμο υλικό φυτικών ή ζωικών κυττάρων. Πολλές βιολογικές δομές, όπως τοδέρμα, ταμάτια, ηγούνακαιταμαλλιά περιέχουν χρωστικές ουσίες (όπως μελανίνη).Ο χρωματισμός του δέρματος των ζώων εμφανίζεται συχνά μέσω εξειδικευμένων κυττάρων που ονομάζονται χρωματοφόρα, τα οποία ζώα όπως τοχταπόδικαιοχαμαιλέοντας μπορούν να ελέγξουν γιανα αλλάξουν το χρώμα τους. Πολλές καταστάσεις επηρεάζουν τα επίπεδα ή τη φύση των χρωστικών σε κύτταρα φυτών, ζώων, ορισμένων πρωτίστων ή μυκήτων. Για παράδειγμα, η διαταραχή που ονομάζεται αλφινισμός επηρεάζει το επίπεδο παραγωγής μελανίνης στα ζώα.
Η μελάγχρωση σε οργανισμούς εξυπηρετεί πολλούς βιολογικούς σκοπούς, όπως καμουφλάζ, μίμηση, αποσηματισμός (προειδοποίηση), σεξουαλική επιλογή και άλλες μορφές σηματοδότησης, φωτοσύνθεση (στα φυτά), καθώς και βασικούς φυσικούς σκοπούς όπως προστασία από ηλιακά εγκαύματα.
Το χρώμα της χρωστικής διαφέρει από τοδομικό χρώμαστο ότι το χρώμα της χρωστικής είναι το ίδιο για όλες τις γωνίες θέασης, ενώ το δομικό χρώμα είναι αποτέλεσμα επιλεκτικής ανάκλασης ή ιριδισμού, συνήθως λόγω πολυστρωματικών δομών. Για παράδειγμα, τα φτερά της πεταλούδας συνήθως περιέχουν δομικό χρώμα, ανκαι πολλές πεταλούδες έχουν κύτταρα, που περιέχουν επίσης χρωστική ουσία.
Τα ακόλουθα είναι μερικά απ' τα χαρακτηριστικά των χρωστικών, που καθορίζουν την καταλληλότητά τους για συγκεκριμένες διαδικασίες και εφαρμογές παραγωγής:
Αντοχή στο φως κι ευαισθησία για βλάβες από το υπεριώδες φως
↑Lorelei H. Corcoran, "The Color Blue as an 'Animator' in Ancient Egyptian Art", in Rachael B.Goldman, (ed.), Essays in Global Color History: Interpreting the Ancient Spectrum (New Jersey: Gorgias Press, 2016), pp. 59–82.
