WARNA dan ZAT PEWARNA

Terjadinya WARNA Penggolongan sinar berdasarkan :Benda dapat menyerap sinar baik di daerah Uv maupun di daerah visible. Mata hanya dapat melihat benda yang memantulkan sinar pada daerah sinar tampak (visible).Cahaya : terdiri dari vibrasi gelombang elektromagnetik dengan berbagai panjang gelombang ( )

Bila seberkas cahaya mengenai benda, sinar dengan tertentu akan diserap (warna terabsorpsi) sedangkan sinar yang lain akan dipantulkan. Kumpulan sinar yang dipantulkan menghasilkan warna komplementer. Warna komplementer inilah yang akan tertangkap oleh mata.

Warna dalam spektrum sinar tampak

Panjang gelombang () ; nmWarna terabsorpsiWarna tampak(warna komplementer)400 424424 491491 570570 585585 647647 - 700UnguBiruHijauKuningJinggaMerahKuning-hijauKuningMerahBiruBiru-hijauHijau

The entire electromagnetic spectrum is used by chemists:

UVX-raysIRg-raysRadioMicrowaveEnergy (kcal/mol)300-30300-30~10-4> 300~10-6VisibleFrequency, n in Hz~1015~1013~1010~105~1017~1019Wavelength, l10 nm1000 nm0.01 cm100 m~0.01 nm~.0001 nm

nuclear excitation (PET)core electron excitation (X-ray cryst.)electronic excitation (p to p*)molecular vibrationmolecular rotationNuclear Magnetic Resonance NMR (MRI)

Spektra Ultraviolet dan VisibleSinar UV dan Visible (Vis.) mempunyai panjang gelombang yang lebih pendek daripada sinar IR. Satuan panjang gelombang ( ) adalah nanometer ( 1 nm = 10-7 cm ). Spektrum UV dari 100 400 nm; sedangkan spektrum Visible dari 400 nm (violet) sampai 750 nm (merah).

Besarnya energi yang terabsorpsi berbanding terbalik dengan panjang gelombang, dinyatakan dengan persamaan :Absorpsi sinar UV dan Vis. menyebabkan terjadinya transisi elektron dalam suatu molekul.

Transisi elektron Perpindahan elektron dari orbital keadaan dasar (energi rendah) menuju orbital keadaan tereksitasi (energi lebih tinggi)Perlu energi 40 300 kkal/mol. ; dapat berasal dari panas, sinar, reaksi kimia)

Panjang gelombang sinar UV-Vis yang terabsorpsi tergantung kemudahan perpindahan elektron :Molekul yang perlu energi lebih besar menyerap pada lebih kecilMolekul yang perlu energi lebih kecil menyerap pada lebih besarMolekul yang menyerap di daerah visible, lebih mudah mengalami transisi elektron daripada yang menyerap di daerah UV

Jenis transisi elektron Molekul organik pada keadaan dasar mengandung tiga macam elektron valensi, yaitu : elektron sigma (); elektron pi (), dan elektron bebas (n). Elektron pada orbital dan mempunyai bentuk orbital antibonding masing-masing * dan *. Elektron n tidak mempunyai bentuk orbital antibonding.Transisi elektron yang dapat terjadi adalah dari keadaan dasar (, , dan n ) ke keadaan tereksitasi (* dan *).Ada enam kemungkinan transisi elektron yang dapat terjadi; empat di antaranya merupakan transisi yang penting.

Transisi elektron dan energi yang diperlukan :Daerah terpenting pada spektrum UV pada > 200 nm ( bila < 200 nm terdapat gangguan serapan O2 dan CO2 udara)Transisi elektron tak bermanfaat : 100 200 nm : * (ikatan rangkap dua terisolasi) * (ikatan tunggal C-C )Transisi elektron yang bermanfaat :200 400 nm : * (ikatan rangkap dua terkonyugasi)beberapa jenis transisi n * dan n *

Absorpsi oleh PolienaTransisi elektron pada senyawa 1,3-butadiena memerlukan energi yang lebih rendah dibandingkan transisi elektron pada etena. Akibatnya 1,3-butadiena akan menyerap sinar pada yang lebih besar dibandingkan etena.

Makin banyak ikatan rangkap dua yang terkonyugasi, energi yang dibutuhkan untuk transisi elektron makin kecil, dan akan terjadi pada yang lebih besar.Lycopene, senyawa berwarna merah yang terdapat pada tomat, mempu-nyai 11 ikatan rangkap terkonyugasi

Absorpsi oleh sistem aromatisPada senyawa aromatis juga terdapat ikatan rangkap terkonyugasi, oleh karena itu akan menyerap sinar di daerah UV-Vis.

Peningkatan absorpsi oleh transisi elektron nSenyawa yang mengandung atom oksigen nitrogen, sulfur, fosfor, atau halogen; selalu mempunyai pasangan elektron bebas (elektron n).

Bila senyawa tidak mempunyai ikatan , maka elektron n hanya akan mengalami transisi n *. Karena tingkat energi elektron n lebih tinggi daripada elektron dan ; maka energi untuk transisi elektron n lebih kecil, akibatnya akan berlangsung pada yang lebih besar.

Orbital * lebih rendah energinya daripada *, sehingga dapat diprediksi bahwa energi transisi n * lebih rendah daripada n *.

Berikut adalah transisi elektron yang terjadi pada aseton yang mengandung ikatan dan elektron n. Terjadi transisi elektron * dan n *. Aseton menunjukkan absorpsi pada 187 nm ( *) dan pada 270 nm (n *).

Senyawa berwarna, Zat warna, dan Indikator Sebelum teori tentang transisi elektron dikembangkan, telah diamati bahwa dari strukturnya beberapa senyawa organik akan berwarna, sedang senyawa lainnya tak berwarna. Bagian struktur yang harus ada supaya senyawa berwarna (gugus tak jenuh yang dapat mengalami transisi elektron * dan n *) disebut gugus kromofor. Beberapa gugus kromofor :

Selain itu juga teramati bahwa keberadaan beberapa gugus lain akan meningkatkan intensitas warna; disebut gugus auksokrom. Gugus auksokrom tidak dapat mengalami transisi * ; sebaliknya akan terjadi transisi n *.Beberapa gugus auksokrom

Senyawa berwarna alami Bahan alam yang memang berwarnaContoh : Senyawa golongan naftokuinon dan antrakuinon

Zat Pewarna Senyawa organik berwarna yang dipakai untuk mewarnai benda atau serat kain. Beberapa zat warna alam, misalnya : Indigo (dari tanaman Indigofera sp) untuk mewarnai baju mumi di MesirTyrian purple (dari sejenis keong yang terdapat dekat kota Tyre) untuk mewarnai toga kaisar Roma

Kelompok Antosianin Warna merah dan biru pada bunga biasanya disebabkan oleh glukosida kelompok antosianin. Bagian non-gula dari glukosida tersebut adalah antosianidin. Hingga kini masih terus diketemukan berbagai antosianin baru dari berbagai macam tumbuhan. Antosianin yang sama dapat memberikan warna berbeda pada dua jenis bunga. Ini disebabkan perbedaan pH pada kedua bunga.

Contohnya sianin, dalam bunga mawar berwarna merah, sedangkan dalam bunga cornflower berwarna biru karena berada dalam bentuk anionnya setelah melepaskan satu proton.

Contoh zat warna organik alami yang banyak digunakan oleh masyarakat kita untuk pewarna makanan ialah kurkumin yang banyak terdapat dalam tumbuhan kunyit (Curcuma domestica). Wortel (Daucus carota) banyak mengandung senyawa organik berwarna kuning yang diberi nama b-karoten.

Zat Pewarna Azo Kelompok zat pewarna yang terbesar (jumlahnya mencapai ribuan) ialah zat pewarna azo. Zat warna ini memiliki struktur dasar seperti di bawah ini.Zat pewarna azo terbentuk dari reaksi kopling antara suatu senyawa aromatik dengan suatu garam diazonium. Pada Praktikum Kimia Sintesis anda akan mencoba reaksi pembuatan senyawa azo.

Beberapa contoh zat pewarna azo

Indikator asam-basa Indikator asam-basa ialah senyawa organik yang berubah warna dengan adanya perubahan pH. Indikator asam-basa banyak digunakan dalam titrasi, yakni sebagai indikator titik akhir titrasi. Perubahan warna pada indikator terjadi karena berubahnya pH mengakibatkan perubahan sistem kromofornya melalui reaksi asam-basa.

Methyl Orange Jingga metil (methyl orange) berwarna merah pada pH < 3,1 dan berwarna kuning pada pH > 4,4. Dalam suasana asam (pH < 3,1) terprotonkan sehingga terdapat sebagai hibrida resonansi yang berwarna merah. Pada pH > 4,4 proton dilepaskan kembali sehingga terjadi perubahan struktur elektronik dan warna berubah menjadi kuning.

Gambar berikut menunjukkan spektra sinar tampak dari jingga metil pada pH=1 (asam) dan pH=13 (basa).

Fenolftalein Dalam suasana asam (pH < 8,3) fenolftalein berada dalam bentuk lakton, sehingga tidak terjadi konjugasi antar ketiga cincin aromatik, akibatnya tidak timbul warna. Pada pH > 8,3 salah satu proton dari gugus hidroksi akan terlepas, cincin lakton terbuka, hibridisasi atom karbon pusat berubah menjadi sp2, sehingga terjadi konjugasi di antara cincin-cincin aromatik yang mengakibatkan timbul warna merah. Dalam suasana basa kuat, atom karbon pusat menerima gugus hidroksi sehingga berubah kembali ke hibridisasi sp3, akibatnya tidak ada lagi konjugasi antar cincin sehingga larutan menjadi tidak berwarna.

Fenolftalein

Fluoresensi dan khemiluminesensiBila molekul menyerap sinar UV atau tampak, satu elektron dipromosikan dari keadaan dasar ke keadaan singlet tereksitasi. Segera setelah itu, elektron turun ke keadaan singlet tereksitasi dengan energi terendah. Ketika molekul kembali dari keadaan tereksitasi energi terendah ke keadaan dasar, energi dilepaskan dalam bentuk cahaya. Energi yang dilepaskan ini sedikit lebih rendah dibanding energi yang diserap semula, sehingga cahaya dipancarkan pada panjang gelombang yang sedikit lebih panjang.Senyawa yang menyerap sinar tampak akan tampak berwarna. Bila senyawa tersebut memancarkan cahaya pada panjang gelombang yang berbeda, maka senyawa tersebut tampak berwarna dua, atau berfluoresensi.

Contoh senyawa yang berfluoresensi ialah fluoresein, yang dalam air berwarna merah dengan fluoresensi kuning-hijau.

Khemiluminesensi terjadi bila suatu reaksi kimia menghasilkan produk-produk yang mengandung molekul tereksitasi, dan kembalinya molekul tereksitasi ke keadaan dasar diikuti dengan pancaran cahaya. Sebagai contoh pada kunang-kunang, oksidasi enzimatik terhadap lusifesin diikuti dengan pancaran cahaya.

Pewarna Serat kainSyarat pewarna kain : tidak boleh luntur; artinya harus membentuk ikatan dengan serat.Cara interaksi pewarna tergantung dari jenis seratnya.Serat polipeptida; paling mudah diwarnai karena mengandung banyak gugus polar yamg akan berinteraksi dengan molekul pewarna.

Serat katun, suatu selulosa, akan membentuk ikatan hidrogen antara gugus OH dari unit glukosa dengan gugus pada molekul pewarna

Serat polipropilena sukar diwarnai karena tidak mengandung gugus fungsi yang dapat mengikat pewarna. Diatasi dengan cara pembentukan kompleks antara logam-pewarna kemudian diinteraksikan pada serat.

*