BTS_DM THEME : COULEUR Pigments et Colorants

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COURS : PIGMENTS et COLORANTS Dans les chapitres précédents sur la couleur nous avions vu qu’un objet est COLORE s’il contient des espèces chimiques, elles-mêmes colorées, capables de : - absorber certaines radiations contenu dans le spectre restreint qu’est le spectre visible (400-800 nm) ; - diffuser / réfléchir les autres radiations du spectre visible. Dans ce chapitre, nous allons nous intéresser à la structure chimique des molécules colorées afin de comprendre en quoi cette structure leur permet d’être colorées.

I. LES DEUX GRANDS TYPES DE MOLECULES COLOREES : LES PIGMENTS et LES COLORANTS :

1. Les colorants : Un colorant est un composé coloré naturel ou synthétique qui interagit avec le milieu dans lequel il est introduit. Il le colore en s’y dissolvant et en s’y dispersant. Il possède en général une grande aptitude à se fixer par la teinture ou impression sur la plupart des textiles. Un colorant est principalement d’origine organique. Sources pour apprécier la diversité des colorants : https://fr.wikipedia.org/wiki/Colorant https://fr.wikipedia.org/wiki/Teinture#Principales_classes_de_colorants_utilis.C3.A9s_actuellement https://fr.wikipedia.org/wiki/Liste_des_additifs_alimentaires https://fr.wikipedia.org/wiki/Indicateur_de_pH

2. Les pigments :

Un pigment est une substance colorée qui se présente sous forme de petites particules (0,3 à 2,0 m). Il est utilisé en suspension (ex dans les peintures) ou dispersé dans tout le milieu (ex dans les plastiques). Il est insoluble dans le milieu qui le contient. Un pigment est principalement d’origine minérale. Sources pour apprécier la diversité des pigments : https://fr.wikipedia.org/wiki/Liste_de_couleurs_%28pigments%29 https://fr.wikipedia.org/wiki/Pigment

II. THEORIE DE WITT : théorie de la couleur des colorants et pigments organiques : RQ : l’explication chimique de la couleur des pigments et colorants minéraux est beaucoup plus complexe et relève du domaine de la cristallographie (présence de défauts ponctuels dans le réseau cristallin) Quelques sources : https://fr.wikipedia.org/wiki/D%C3%A9faut_ponctuel : défaut ponctuel dans les réseaux cristallin http://nte.mines-albi.fr/SciMat/co/SM3uc1.html http://www.udppc.asso.fr/bupdoc/consultation/article-bup.php?ID_fiche=8957

Il existe un lien entre la couleur d’un colorant organique et sa composition chimique. D’après la théorie de Witt (1876), la coloration est due à la présence de groupes insaturés appelés Chromophores et de groupes ionisables appelés auxochromes dans la molécule de colorant.

L’ensemble {chromophore+auxochrome} est appelé chromogène

1. Les chromophores :

a. Définitions et exemples :

Chromophores

Ensemble d'atomes reliés les uns aux autres par un nombre suffisant de doubles liaisons conjuguées = alternance de doubles et simples liaisons. Ils absorbent les faibles longueurs d’onde λ.

Exemples de groupements chromophores :

C C N N

azoïque ou azo éthylénique

C N

C S

C O ou benzénique

-NO nitroso -NO2 nitro

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b. Evolution de la couleur des molécules avec les chromophores : Rappel sur la couleur des objets :

Les molécules qui possèdent un système conjugué de doubles liaisons absorbent dans l’UV. Plus la chaîne conjuguée va être longue est plus le 𝑚𝑎𝑥 va être élevé. Ainsi, avec l’allongement de la chaîne conjuguée les molécules apparaîtront jaune, puis orange,… jusqu’à bleu.

2. Les auxochromes :

a. Définitions et exemples :

Auxochromes

Groupe d'atomes ionisables fixés sur un groupe chromophore. Ils absorbent des longueurs d’onde plus élevées. Ils permettent d’assurer la solubilité dans l’eau, mais surtout de créer une liaison plus ou moins solide entre le colorant et le substrat (tissu, papier…)

Exemples de groupements auxochromes : • acides :

OH (hydroxyde) SO3H (sulfonique)

COOH (carboxyle) • basiques :

NH2 (amine) NO2 (nitro)

N (CH3)2

• halogénés :

Cl (chlore) Br (brome)

I (iode)

b. Evolution de la couleur des molécules avec les auxochromes : l’effet bathochrome : En modifiant la nature et/ou le nombre des groupements auxochromes sur un même chromophore , il est possible de déplacer l’absorption vers les grandes longueurs d’onde et ainsi de provoquer un effet bathochrome.

Etoile des couleurs complémentaires : deux couleurs complémentaires sont

diamétralement opposées

Du spectre d’absorption en fonction de la longueur d’onde d’une molécule, on détermine le maximum d’absorption et la longueur d’onde correspondante : 𝑚𝑎𝑥 . La molécule apparaîtra de la couleur complémentaire à 𝑚𝑎𝑥 .

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III. QUELQUES FAMILLES CHIMIQUES DE COLORANTS : Source : https://fr.wikipedia.org/wiki/Colorant

Famille Groupement chromophore correspondant

Colorants azoïques : ils sont caractérisés par la présence d'un groupement azoïque également appelé groupement azo. Bien qu'incolore du fait de l'absence de d'auxochrome et d'une séquence de doubles liaisons conjuguées trop courtes, l'azobenzène est la plus petite molécule de cette famille.

Colorants anthraquinoniques : ils sont dérivés de l'anthraquinone.

Colorants indigoïques : ils sont dérivés de l'indigo.

Colorant de triarylméthane comme le vert malachite.

Colorant de chlorine comme la chlorophylle.

Colorant polyméthine, issu du groupement méthine comme l'anthocyanine.

Colorant caroténoïde comme de -carotène