پایان نامه رنگ و حالت الکترونی مولکولها

اختصاصی از یارا فایل پایان نامه رنگ و حالت الکترونی مولکولها دانلود با لینک مستقیم و پرسرعت .

فرمت فایل : WORD ( قابل ویرایش ) تعداد صفحات:248

 بررسی مواد رنگی از نظر شیمیایی ،. بخش جالبی از شیمی کاربردی را تشکیل میدهد به شیمی رنگ معروف است . در این قسمت انواع تقسیم بندی مواد رنگی ، مواد اولیه ( Primaries ) مواد حد واسط (‌ Intermediates ) بررسی میگردد .

1 – طبقه بندی مواد رنگی

       علاوه بر تقسیم بندیهای قدیمی این مواد را به مصنوعی و طبیعی ، گیاهی و غیر گیاهی ، معدنی و آلی و غیره طبقه بندی میکردند در تقسیم بندی جدید که بر اساس کاربرد رنگها متکی است این مواد بطور کلی به دو بخش عمده زییر تقسسیم بندی شده است:

I  - بیگمانها ( رنگدانه ها )‌ یا بیگمنت ها ( PIGMENTS )

II  - رنگها ( DYES )

       اغلب رنگها موارد استفاده شان در صنایع رنگرزی نساجی اهمیت دارند در صورتی که بیگمانها در موارد غیر رنگرزی نساجی کاربرد بیشتری دارند . هر چند که بعضی مواقع آنچنان مرز مشخص بین ایندو بخش رنگ نمیتوان تقسیم نمود .

بیگمانها ( Pigments )

        بیگمانها مواد جامد تزئینی هستند که در شکل و اندازه های مختلف در حلالهای مربوط به حالت معلق تهیه و بکار میروند . بیگمان مشتمل بر مواد سیاه ، سفید و رنگی بوده که موارد استعمال زیادی از جمله رویه زدن ، پوشش دادن ( Surface Coating ) ، رنگرزی انبوه ( Mass Coloration ) و دیسپرسیون در هوا میباشد . برای رویه زدن از محلواهای آبی حاوی مواد سفت کننده مثل چسب و سایر رزین ها ، روغنهای خشک کننده ( معمولا به همراه یک یا چند حلال آلی ) ترکیبات نرم کننده ( Plastici zers  ) و غیره استفاده میشود . در رنگرزی انبوه مواد پلاستیکی گوناگون ، پلاستیکها و الیاف مصنوعی گوناگون را بکار میبرند .

        از آنجا که بیگمانها به صورت دیسپرس مصرف میتواند از استکل و ابعاد ذرات آنها حائز اهمیت میباشند . اغلب بیگمانها بصورت پلی مرفیک ( یعنی برای ساختن و ظاهر کردن آنها باید از مراحل مختلف گذشت ) بوده و شرایط تهیه شان باید طوری انتخاب گردد که فرمهای کریستالی با اندازه ذرات ( Partical size  ) کوچک حاصل شوند در غیر اینصورت اشکالاتی در فرایند رنگ زدن به وجود خواهد آمد .

        بیگمانهای اولیه و قدیمی غالبا ترکیبات معدنی بوده که منشا طبیعی داشته اند ولی چون کیفیت و خواص جالبی از خود نشان نمیدادند لذا به مرور زمان جای خود را به بیگمانهای مصنوعی و آلی دادند . نمونه هایی از بیگمانهای عمده معدنی را بصورت زیر میتوان طبقه بندی کرد :

بیگمانهای سفید :

بیگمانهای قرمز : گل آخری () سرنج ، ( pdo  ) ، شنگرف ( Hgs  ) و کرئمات بازی سرب

بیگمانهای زرد و نارنجی :

بیگمانهای آبی : و اولترامارین ( لاجورد )

بیگمانهای سبز : مخلوط سبز و

موارد استفاده عمود : بیگمانهای یاد شده در بالا عبارتند از : لاکها ، رنگهای روغنی ، ورنی ، رنگهای سلولوزی ، پلاستیکی ، وکب های چاپ ، رنگرزی کاغذ ، رنگ زدن سطوح آلات و ادوات ، بنا ها ، ساختمانهای فلزی ، آهنی و وسایل نقلیه ، پلهای آهنی ، کشتی ها ، راه آهن و ماشینهای کارخانجات .

        از مهمترین بیگمانهای معدنی که امروزه به مقادیر فراوان تهیه و مصرف میشود ، اکسید دوتبتان ( Tio2 ) است که توسط دوروش موسوم به فرایند های کلریید و سولفات از سنگهای معدنی روتایل ( RUTied  ) ، لومینیت ( Lumenite ) که دارای %72 Tio2 هستند تهیه میگردد .

        دراینجا مختصری در مورد رنگهایی که  در صنایع پوشش سطوح به کار میروند اشاره میگردد

مواد خام لازم برای تهیه اینگونه رنگها عبارتند از :

       بیگمانهای معدنی و آلی ) صمغهای طبلیعی و مصنوعی ، روغنها ،. حلالها ،‌ مواد خشک کننده ( سیکاتید ) و مواد نرم کننده . ذیلا در مورد هر یک از مواد مذکور شرح کوتاهی بیان میگردد .

• بیگمانها ( Pigments )
• صمغ ها ( Resins ) : صمغ طبیعی جسمی بی شکل است که از ترشحات بعضی نباتات مانند کاج و غیره به وجود میآید این صمغ در مورد ترشح مایع است ولی در مجاورت هوا بتدریج جامد میگردد واکنشهای شیمیایی مانند اکسیداسیون و حل نمیشوند صمغهای مصنوعی ( رزین ها ) مواد پلیمری مانند پلاستیکهای فنل فرمل ، پلی استر ، ترکیبات پلی و نیل ، اپوکسی و غیره هستند  از مزایای این نوع رزین امکان کاربرد آنها برای منظورهای مختلف میباشد .
• روغنها ( oils ) : در این موارد روغنهای بزرگ ، چوب چینی ، خشخاش و غیره استفاده مینمایند .
• حلالها ( Solvents ) : مهمترین حلال ها هیدرو کربنهای حاصله از نفت مانند بنزین و آروماتیکهایی نظیر بنزین ، تولوئن ، گزیلنها و همچنین الکل ، کتونها و استرها میباشد .
• مواد خشک کننده ( سیکاتیو Driers ) : این مواد را به رنگهای روغنی اضافه میکنند تا زودتر خشک شوند برای تهیه خشک کننده ها معمولا املاح بعضی از فلزات را با روغنی مثل روغن برزک مخلوط و حرارت میدهند . مثلا اگر مخلوط روغن برزک را با کربنات و یا اکسید سرب مدتی حرارت دهند روغن برزبک زودتر خشک میشود . علاوه بر ترکیبات سرب از ترکیبات منگنز و یا کبالت نیز میتوان استفاده کرد .
• مواد نرم کننده ( Plasticizer ) از ترکیبات مختلف برای این منظور استفاده میشود مانند روغن کرچک ، گلیسرین ، کافور ، دی بوتیل فتالات ترکرزیل و غیره .

طرز تهیه روغنی – برای تهیه لاک میتوان یک صمغ طبیعی مانند لکوفان یا یک رزین مصنوعی را در حلال مناسبی مانند الکل ، اتر و غیره حل نمود و بعد یک ماده نرک کننده نیز بآن افزوده در اینصورت اگر این مخلوط را در روی شیئی به ضخامت کم بریزیم پس از تبخیر یک ورقه نازک ضخیم تشکیل شده که شیئ مورد نظر را محافظت مینماید . اکنون اگر این لاک را با یک بیگمان رنگی مخلوط کنیم و بعد روی سطوح مورد نظر بریزیم رنگ مربوطه ظاهر میگردد .

رنگهای روغنی – از مخلوط کردن لاک روغنی و بیگمانها رنگ روغنی بدست میآید .

ورنی – برای تهیه ورنی ، روغن برزک را مدتی حرارت میدهند تا قسمتی از آن به لینوکسین تبدیل شود ( ماده ای که از اکسیداسین و پلیمریزاسیون روغن برزک حاصل شده و تشکیل فیلم میدهد ، لینوکسین نامند ) . سپس مقداری خشک کننده به آن اضافه میکنند تا خشک شدن آن تسریع گردد . حال اگر به این مخلوط بیگمان نیز اضافه کنیم ورنی رنگی بدست میآید .

       در خاتمه این بحث اشاره به چند نوع رنگ دیگر نیز مفید خواهد بود :

رنگ آبی ( مخلوط با آب ) – اگو رنگهای معدنی یا آلی نامحلول را با یک ماده صمغی مخلوط کنیم میتوان این مخلوط را بکمک قلم مو به محل مورد نظر مالید .

       رنگهای اکو وارل : این رنگها معمولا رنگهای غیر سمی و معدنی مانند اکسید روی ، زرد کادمیم ، زرد کرم ، گل آخری ، شنگرف ، آبی پروس ، اولترامالین و غیره میباشند . آنها را با یک ماده وصل کننده مانند صمغ سریشم ، ژلاتین ، دکسترین و یا کتیررا یا زرین مصنوعی مخلوط کرده و بکمک فشار آن را تبدیل به دکمه یا صفحه مینمایند و یا به آنها گلیسریین افزوده و به شکل قمیه در لوله میریزند در موقع کاربرد آنرا با آب حل کرده و مصرف مینمایند .

        رنگهای مغز مداد – مغز مدادهای معمولی معمولا از کائولن و یک ماده رنگی و زرین مانند کتیرا ، میتل ، سلولوز وغیره ) تهیه میکنند سپس آنرا در مخلوطی از پیه گاو و موم ژاپنی ( یا اجسام مشابه ) ذوب شده میریزند و وسط چوب قرار میدهند  .

       رنگهای پاستل – که در تابلو سازی مصرف میشوند از مخلوط کلسیم کربنات یا گچ آلومینیم اکسید ، ماده رنگی و صمغی مانند کتیرا تهیه میکنند باین ترتیب که مخلوط را خمیر کرده و با فشار به شکل مورد نظر مثلا استوانه در آمده خشکک مینمایند .

       بیگمانهای آلی جدید – پیرایش بیگمانهای جدید در طول زمان به کندی انجام گرفته بود تا اینکه توسط ویلیام هندی پرکین رنگهای مصنوعی در سال 1856 ابداع گردیدند . متعاقبا در اوایل قرن بیستم بیگمانهای مصنوعی و آلی تهیه و به بازار عرضه شدند این بیگمانها دارای اهمیت خاصی اند . زیرا علاوه برر موارد استعمالی که بررای بیگمانها یمعدنی ذکر شده در رنگرزی نساجی و الیاف نیز بکار میروند .

        یکی از مهمتریین اکتشافات در مورد بیگمانهای آلی در سال 1935 توسط شیمیدانهای شرکت رنگرزان اسکاتلند انجام گرفت و بدین وسیله یک سیستم کروموفوریک ( رنگزا ) جدید در شیمی مواد رنگی پدیدار گردید . اولین نوع از این بیگمانها آبی فتالوسیانین ب بوده و به علت اینکه خواص مقام خیلی خوبی در مقابل عوامل مختلف از خود نشان میداد به عنوان بیگمان با ارزش بکار برده شد . سیستم کروموفوری فتالوسیانین بر خلاف گروه ( - N = N  - ) نمیتوان طیف وسیعی از رنگها را در بر گیرد ولی در عوض مهمتریین بیگمان رنگهای آبی و سبز از این نوع میباشد . کروموفورفتالوسیانین یک سیستم کمپلکس به نظر میرسد ولی عملا ساختمان شیمیایی ساده ای داشته که چهار بار تکرار شده است :

 تیتانیوم دی اکسید ( Tio2  )

        منبع اصلی دی اکسید تیتانیوم سنگهای معدنی ایلمنت و رویتل هستند . دی اکسید تیتانیوم عمدتا از سنگهای سیاهی بنام ایلمینت ( تیتانات آهن دو ظرفیتی ) به دست می آید که عمدتا ترکیبی از مخلوط دی اکسید تیتانیوم و اکسیدهای آهن و کمی ناخالصی دیگر است و در نروژ ، هندوستان ، آمرییکا ، کانادا و سوئد یافت میشود . دی اکسید تیتانیوم در دو نوع بلوری رویتل و آناتاس تولید میشود . البته رنگدانه های ترکیبی دیگری نیز وجود دارند که شامل ترکیباتی اند از دی اکسید تیتانیوم و سولفات کلسیم به نسبت 30 درصد دی اکسید تیتانیوم و 70 درصد سولفات کلسیم و یا 50 درصد دی اکسسید تیتانیوم و 50 درصد سولفات کلسسیم هستند .

تهیه دی اکسید تیتانیوم

        دو روش بررای تهیه دی اکسید تیتانیوم وجود دارد :

تهیه تیتان آناناس ( روش سولفات )

تهیه تیتان رویتل ( روش کلر )

        الف – روش سولفات : ایلمنیت ( سنگ معدن را خرد و خشک سپس د راسید سولفوریک خشک میکنند محلولی از سولفاتهای تیتان و اهن دو ظرفیتی و سه ظرفیتی بدست میآید ( 1 ) آنگاه برراده آهن به محلول اضافه میشود تا آهن سه ظرفیتی به آهن دو ظرفیتی تبدیل گردد ( 2 ) سپس محلول را جدا میکنیم و پس از صاف کردن به دستگاه تبخیر در خلا انتقال میدهیم بدین سولفات فرد بصورت کریستال جدا میشود سپس محلول را میجوشانیم تا تیتان به هیدروکسید تیتانیوم تبدیل شود ( 3 ) رسوب هیدروکسید را با آب میشوییم سپس در کوره دوار با دمای 800 درجه سانتیگراد کلسینه میکنیم . بدین صورت تیتان آناتاس بدست میآید ( 4 ) .

        آهن دو ظرفیتی و سه ظرفیتی + سولفات تیتانیم – اسید سولفوریک + سنگ معدن ایلیمنت ( 1 )

       آهن دو ظرفیتی + سولفات تیتانیوم  براده آهن   آهن دو و سه ظرفیتی + سولفات تیتانیوم ( 2 )

هیدروکسید تیتانیوم    هیدرو لیز   سولفات تیتانیوم ( 3 )

تیتاینوم                                       هیدروکسید تیتانیوم ( 4 )

         ب- تهیه تیتان رویتل ( روش کلراید ) : در سال 1958 روش تترا کلریید اعلام شد که در آن ضمن عبور گاز کلر از سنگ معدن آنرا تا 900 درجه سانتیگراد حرارت میدهیم تا تترا کلرید بدست آید ( 1 ) ماده بدست آمده بوسیله سوزاندن در کنار اکسیژن به دی اکسید تیتانیوم تبدیل میشود ( 2 ) سنگ معدن رویتل 96 – 95 درصد هیدرواکسید تیتانیوم دارد .

        تترا کلرید تیتان 900 گاز کلر + ذغال + سنگ معدن ( 1 ) تیتان 1000 اکسیژن + تترا کلرید تیتان ( 2 )

        سنگدانه بدست آمده دارای درجه خلوص بالا و کیفیت یکنواخت است .

 رنگ

        رنگ نمودی از تاثیر متقابل نور مرئی و ماده است و ماده به این ترتیب رنگی به نظر میرسد . خود پدییده دید نیز نتیجه جذب نور توسط شبکیه چشم میباشد . جذب نور سبب میشود که ساختمان پروتوئینهای چشم در اثر یکسری واکنشهای شیمیایی تغییر یابد و یک ردیف پاسخهای شیمیایی داده شود و درنتیجه ، علامت دریافت شده بوسیله عصب نوری به مغز انتقال می یابد .

       تابش نور سفید به ماده بر حسب ساختمان و حالت سطحی ماده با پدیده های زیر پاسخ داده میشود :

 الف : تمامی پرتوهای تابیده شده بازتاب یا پخش میگردند بدین ترتیب ماده سفید به نظر میرسد .

ب : تمامی پرتوها جذب میشوند ، ماده سیاه به نظر میرسد .

ج : قسمتی از پرتو ها بطور انتخابی جذب میشوند ماده رنگی به نظر میرسد .

        باید تصریح کرد که نور سفید منتشر شده توسط خورشید تابشهای الکترو مغناطیسی در ناحیه 400 تا 800 n m  را در بر میگیرد . در دو سوی طیف مرئی نور از تابشهای غیر مرئی برای چشم انسان تشکیل یافته است طول موجهای بیشتر از 800 n m  نور در ناحیه زیر قرمز (I R  ) و طول موجهای کمتر از 400 n m  در ناحیه فرا بنفش ( U V  ) قرار دارد . بنابر این رنگ هر جسم یک حالت ویژه از پدیده ای بسیار عمومی ، یعنی پدیده جذب انتخابی است .

       در داخل حوزه مرئی ، نوارهای خیلی باریک طول موجها به رنگهای کاملا معین مربوط میگردند . این رنگها نه تنها از ایجاد نوری با طول موج کاملا مشخص ناشی میشوند بلکه آنها از نور سفیدی که توسط جذب پرتوی که طول موج رنگ مورد نظر را در بر نداشته باشد نیز حاصل میگردند بدین ترتیب است که بر اثر جذب « رنگهای تکمیلی » ما رنگها یاجسامی که ما را احاطه کرده اند می بینیم جدول زیر رنگهای جذب شده و دریافت شده را نسبت به طوول موج نور جذب شده نشان میدهد .

      رنگ جذب شده  رنگ دریافت شده      طول موج دریافت شده    طول موج جذب شده به n m

بنفش                   زرد آبی          n m             435 – 400

آبی                     زرد                         480 – 435

سبز – آبی             پرتقالی ( نارنجی )           490 – 480

آبی – سبز             قرمز                          500 – 490

سبز                    ارغوانی                       560- 500

زرد – سبز            بنفش                         580 – 560

زرد                    آبی                            595 – 580

نارنجی                سبز – آبی                     605 – 595

قرمز                  آبی – سبز                     750 – 605