Γιατί οι περισσότερες οργανικές ενώσεις είναι άχρωμες/λευκές;

Οι οργανικές ενώσεις εμφανίζονται συχνά λευκές, γεγονός που τις κάνει να μην διακρίνονται μεταξύ τους. Αυτό οφείλεται στις ηλεκτρονικές μεταβάσεις μέσα στο μόριο.

Μια μέρα, συνειδητοποιείς ότι έχεις πάρει το λάθος φάρμακο γιατί κάθε δισκίο φαίνεται να είναι λευκό. Κατηγορείς τον γιατρό που δεν σου έδωσε πιο διακριτικό φάρμακο. Αυτός είναι ο λόγος που τόσα πολλά φάρμακα είναι πλέον έγχρωμα. για να τα κάνει οπτικά εμφανή και διακρίσιμα . Τα φάρμακα αποτελούν κυρίως οργανικές ενώσεις και, όπως οι περισσότερες οργανικές ενώσεις, είναι άχρωμα/λευκά.

Τι είναι οι οργανικές ενώσεις;

Οι οργανικές ενώσεις είναι μόρια που περιέχουν κυρίως άτομα άνθρακα (C) και υδρογόνου (Η). Άλλα άτομα όπως το οξυγόνο (O), το άζωτο (N), το θείο (S), το πυρίτιο (Si) κ.λπ. είναι επίσης παρόντα, αλλά σε μικρότερες ποσότητες σε σύγκριση με τα δύο πρώτα.

Αυτά τα άτομα βοηθούν στον χαρακτηρισμό των οργανικών ενώσεων σε διάφορες ομάδες με βάση τις μοναδικές τους ιδιότητες.

Κατάλογος αμινοξέων – δομικά στοιχεία πρωτεϊνών που αποτελούνται από απλές οργανικές ενώσεις (Photo Credit :chromatos/Shutterstock)

Στο παρελθόν, η οργανική χημεία θεωρούνταν η «χημεία της ζωής», καθώς τα έμβια όντα περιλάμβαναν άφθονο αριθμό οργανικών ενώσεων, εξ ου και ο όρος «οργανική». Ο πρωταγωνιστής της επικής μελέτης που ονομάζεται «οργανική χημεία» είναι ο Carbon, λόγω του τετρασθενούς του και της βασικής του ιδιότητας κατένωσης.

Υπάρχουν περισσότερες από 60 εκατομμύρια οργανικές ενώσεις γνωστές σήμερα, και ακόμη περισσότερες που περιμένουν να ανακαλυφθούν ή να εφευρεθούν.

Θεωρία χρωμάτων

Όταν μιλάμε για χρώμα, πρέπει απλώς να θυμόμαστε «αυτό που φαίνεται στην πραγματικότητα δεν υπάρχει».

Ακούγεται παράλογο, σωστά;

Μπορείτε να δείτε καθαρά το μπλε χρώμα του ουρανού και το κόκκινο χρώμα της μπλούζας σας. Μπορεί να νομίζετε ότι κάτι δεν πάει καλά με τα μάτια σας, αλλά αυτό δεν συμβαίνει.

Ωστόσο, είναι το αντίθετο, το χρώμα που βλέπετε στην πραγματικότητα όχι το χρώμα που περιέχει η ουσία, αλλά αντίθετα είναι το συμπληρωματικό της χρώμα. Αυτό μπορεί να ακούγεται αντιπαθητικό, αλλά είναι αλήθεια.

Τα χρώματα που βλέπουμε γύρω μας βρίσκονται όλα εντός του ορατού τμήματος του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος. Το ίδιο το λευκό φως είναι ένα φάσμα πολλών χρωμάτων και κάθε χρώμα/απόχρωση έχει ένα αντίστοιχο μήκος κύματος.

Όταν το φως πέφτει σε οποιαδήποτε ουσία, ένα μέρος από αυτό απορροφάται και το υπόλοιπο ανακλάται. Το ανακλώμενο φως φτάνει στο μάτι μας, το οποίο είναι το χρώμα που βλέπουμε.

Color Wheel- Απεικονίζει συμπληρωματικά χρώματα (Photo Credit:aekikuis/Shutterstock)

Ένας χρωματικός τροχός που πολλοί από εμάς πρέπει να έχουμε δει στα μαθήματα τέχνης μπορεί να το αποδείξει αυτό. το χρώμα που βλέπουμε, έναντι του συμπληρωματικού του χρώματος που απορροφάται.

Έτσι, όταν βλέπετε ένα κίτρινο λουλούδι, το χρώμα που έχει απορροφήσει είναι το βιολετί.

Όταν μιλάμε για άκρα, μια ουσία που εμφανίζεται λευκή υποδηλώνει ότι έχει ανακλάσει όλα τα μήκη κύματος, ενώ μια ουσία που εμφανίζεται μαύρη σημαίνει ότι έχει απορροφήσει όλα τα μήκη κύματος και δεν ανακλά κανένα.

Φασματοσκοπία UV-Visible

Η φασματοσκοπία είναι μια σημαντική τεχνική για τους χημικούς για να κατανοήσουν τη δομή των οργανικών μορίων και τις ιδιότητές τους. Σε αυτή την τεχνική, τα επιθυμητά μόρια ακτινοβολούνται με ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία (το μήκος κύματος εξαρτάται από τον τύπο της φασματοσκοπίας που χρησιμοποιείται), η οποία προκαλεί διάφορα επίπεδα διέγερσης (ηλεκτρονική και ατομική) σχετικά με δόνηση, περιστροφή, ενέργεια κ.λπ. Η επίδραση αυτού στην ένωση μελετάται και αποσαφηνίζονται οι ιδιότητές του.

Ηλεκτρομαγνητικό φάσμα από μεγαλύτερο μήκος κύματος (αριστερά) έως μικρότερο μήκος κύματος (δεξιά) (Πιστωτική φωτογραφία:Fancy Tapis/Shutterstock)

Η φασματοσκοπία UV-ορατής χρησιμοποιείται για τη μελέτη των χρωματικών ιδιοτήτων μιας δεδομένης ένωσης. Το μήκος κύματος που χρησιμοποιείται είναι μεταξύ 200 nm – 800 nm. Η περιοχή κάτω από τα 200 nm ονομάζεται περιοχή μακρινής υπεριώδους και συχνά μελετάται λιγότερο, καθώς απαιτεί συνθήκες κενού. Η ένωση υποβάλλεται σε μια σειρά από μήκη κύματος και το μήκος κύματος στο οποίο εμφανίζει μέγιστες απορροφήσεις θεωρείται λ μέγ. Εάν βρίσκεται στην ορατή περιοχή, τότε φαίνεται το συμπληρωματικό μήκος κύματός του.

Ηλεκτρονικές μεταβάσεις

Στη φασματοσκοπία UV, οι ηλεκτρονικές μεταβάσεις είναι υψίστης σημασίας. Τα συνδεδεμένα ηλεκτρόνια παίρνουν ενέργεια από το προσπίπτον μήκος κύματος και αν είναι αρκετό, προωθούνται σε υψηλότερα επίπεδα ενέργειας. Όπως φαίνεται στην εικόνα, ανάλογα με τον τύπο των δεσμών που εμπλέκονται, τα ηλεκτρόνια διεγείρονται σε πολλά στρώματα.

Ηλεκτρονικές μεταβάσεις λόγω απορρόφησης ενέργειας από το προσπίπτον μήκος κύματος. (Φωτογραφία:Creative Commons)

Μεταβάσεις	Σημασία
σ → σ*	Σίγμα συνδεδεμένο ηλεκτρόνιο προωθείται σε τροχιακό αντισυγκόλλησης σίγμα
n → σ*	Μη δεσμευμένο ηλεκτρόνιο προωθείται σε τροχιακό αντισυγκόλλησης σίγμα
π → π*	π ηλεκτρόνια προωθούνται σε τροχιακό π αντι-δεσμού
n → π*	Μη δεσμευμένο ηλεκτρόνιο προωθείται στο αντι-δεσμικό τροχιακό π

Όπως φαίνεται, οι μεταβάσεις σ → σ* απαιτούν την υψηλότερη ενέργεια, ακολουθούμενες από τη μετάβαση n → σ* κ.ο.κ. Όλες οι οργανικές ενώσεις έχουν κυρίως δεσμούς σίγμα C-C και C-H, και οι μεταβάσεις στο τροχιακό σίγμα κατά των δεσμών απαιτούν μήκη κύματος στην περιοχή μακρινής υπεριώδους ακτινοβολίας. Επομένως, δεν δείχνουν κανένα χρώμα και αντανακλούν όλα τα ορατά μήκη κύματος του φάσματος και φαίνονται λευκά.

n → σ* μεταπτώσεις λαμβάνουν χώρα σε κορεσμένες ενώσεις που περιέχουν ένα ετεροάτομο με ένα μη κοινό ζεύγος ηλεκτρονίων (n ηλεκτρόνια). Αυτή η μετάβαση βρίσκεται επίσης στην περιοχή UV (160 nm – 200 nm), αλλά απαιτεί λιγότερη ενέργεια σε σύγκριση με την προηγούμενη μετάβαση. Ως εκ τούτου, ενώσεις όπως οι κορεσμένες αλκοόλες, οι αιθέρες, τα αλογονίδια, οι κετόνες και οι αλδεΰδες εμφανίζονται επίσης άχρωμες/λευκές.

Τι γίνεται με τις έγχρωμες οργανικές ενώσεις;

Υπάρχει μια πληθώρα οργανικών ενώσεων που είναι πολύχρωμες. Άλλωστε, ολόκληρη η βιομηχανία βαφής βασίζεται σε αυτό το φαινόμενο. Οι χρωστικές ουσίες είναι επίσης οργανικές ενώσεις, καθώς οι οργανικές ενώσεις είναι η βάση όλων των πολύχρωμων που βλέπετε γύρω σας.

Χρωματοφόρο – Ένα χρωμοφόρο είναι απλώς μια λειτουργική ομάδα ή ομάδα ατόμων που προσδίδει χρώμα σε οργανικές ενώσεις, καθώς το απορροφητικό μήκος κύματος τους βρίσκεται στην ορατή περιοχή του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος. Αυτό σημαίνει ότι οι ηλεκτρονικές τους μεταβάσεις απαιτούν πολύ λιγότερη ενέργεια.

Οι μεταβάσεις π → π* και n → π* απαιτούν κυρίως μήκη κύματος στην περιοχή σχεδόν UV και στην ορατή περιοχή. Στα παραδείγματα περιλαμβάνονται, -C≡C-, -C=O-, -N=N-, R-NO2, -COOH, -CONH2.

Auxochrome – Το Auxochrome από μόνο του δεν επιφέρει καμία αλλαγή στο χρώμα του μορίου, αλλά αντίθετα ενισχύει την ικανότητα απορρόφησης του μορίου προς μεγαλύτερο μήκος κύματος (ορατή περιοχή). Παράδειγμα:-OH, -OR, -NH 2, -NR 2, -SH, κ.λπ. Το βενζόλιο (η σύζευξη -C=C- είναι το χρωμοφόρο) έχει λ max στα 255 nm, ενώ η ανιλίνη ( -NH2 είναι το αυξόχρωμο) έχει λ max στα 280 nm.

Συμπέρασμα

Οι οργανικές ενώσεις έχουν άφθονη ποσότητα δεσμών C-C και C-H. Τα ηλεκτρόνια σε αυτούς τους δεσμούς συνδέονται σίγμα και απαιτούν περισσότερη ενέργεια για να προωθηθούν σε υψηλότερα επίπεδα ενέργειας. Αυτό το είδος ενέργειας είναι διαθέσιμο μόνο με το μήκος κύματος στην υπεριώδη περιοχή του φάσματος, η οποία δεν βρίσκεται στην ορατή περιοχή. Ως εκ τούτου, όλα τα προσπίπτοντα μήκη κύματος αντανακλώνται, έτσι οι ουσίες εμφανίζονται λευκές/άχρωμες.