Step 14 - Rosso mattone nella chimica

"La chimica è l'arte di separare, pesare e distinuguere" (P. Levi, Ex chimico)

"...le vernici assomigliano più a noi altri che ai mattoni. Nascono, diventano vecchie e muoiono come noi, e quando sono vecchie diventano balorde; e anche da giovani sono piene di inganni, e sono persino capaci di raccontare le bugie, di far finta di essere quello che non sono, malate quando sono sane, sane quando sono malate." (P. Levi, La chiave a stella)

Il colore rosso mattone classico è quello dei mattoni, che è dovuto alla presenza di idrossidi di ferro nell'argilla. Questo colore origina a seguito della cottura dell'argilla nei forni a temperature determinate. 
La reazione chimica che crea l'idrossido ferrico è la seguente:

Fe(OH)₂ + H₂O → Fe(OH)₃ + ½H₂↑

Il colore viene molto utilizzato nella chimica analitica nelle reazioni di riconoscimento e di titolazione di analiti come indicatore. Qui di seguito riporto alcune reazioni che come indicatore hanno lo sviluppo di una colorazione rosso mattone della soluzione o della formazione di un precipitato rosso mattone.

• La soluzione di Fehling è un reagente chimico che serve per la determinazione degli zuccheri riducenti e degli aldosi. Questo reagente è composto da due sostanze, Fehling A e Fehling B in parti uguali. Fehling A è composta da 69,287 g di solfato di rame (CuSO4) in 1000 ml di acqua distillata. Fehling B è una soluzione di 346g di sale di Seignette (tartrato di sodio e potassio - KNaC₄H₄O₆.4H₂O) e 150g di idrossido di sodio (NaOH) in 1000 ml di acqua distillata. Si porta la soluzione a bagnomaria e si introduce la sostanza da analizzare. La presenza di un precipitato rosso mattone confermerà la presenza di zuccheri riducenti o di aldosi. Questa reazione fu anche proposta per diagnosticare il diabete mellito.
• Il tiocianato di potassio è un indicatore specifico che trova impiego, per esempio, nella titolazione del ferro (III) con soluzioni di solfato di titanio (III). Il punto finale implica la scomparsa del colore rosso mattone del complesso ferro-tiocianato in conseguenza del marcato decremento della concentrazione di ferro (III) al punto di equivalenza. 

Un pigmento rosso mattone è il Rosso di Marte. Si tratta di un pigmento minerale sintetico, che si ottiene con la parziale calcificazione del giallo di Marte, composto da ossido di ferro e da alluminio precipitato.

Tale pigmento è coprente e opaco, con una tinta intensa e vivace. Fu usato nel periodo Barocco, nel quale si scoprì come sfumare tale colore con differenti percentuali di ossido di ferro nella miscela.

La chimica dei prodotti cosmetici è uno dei campi della chimica in cui il colore gioca un ruolo essenziale. Nella miriade di prodotti esistenti, vorrei concentrare la mia attenzione sui rossetti. La forma più comune dei rossetti è quella in stick, costituita da una miscela di oli, cere compatibili tra loro, a cui vengono aggiunti pigmenti, perle, texturizzanti, antiossidanti, conservanti, principi attivi, profumi o aromi. La formulazione e il processo produttivo sono fondamentali per le performance del prodotto. Il colore dei rossetti, conferito dalla presenza di pigmenti particolari, gioca un ruolo fondamentale: ci sono delle vere e proprie mode che regolano la scelta da parte dei consumatori, per esempio per l'autunno 2016 il colore di moda è il rossetto rosso mattone. E' tutto merito del Rouge Vie (n.58) di Chanel. Si tratta di un rossetto mattone che è ormai diventato un must da possedere per tutte le fashion victim.

E' un rossetto dal colore intenso a lunga durata con capacità totalmente coprente che lascia le labbra elastiche e protette con un comfort duraturo. L'olio di mandorle dolci, il tè verde e il legno Sappan contenuti aiutano a levigare, idratare e proteggere la pelle.

Step 06 - Rosso mattone nella scienza

Uno tra i primi trattati scientifici ad occuparsi del rosso mattone è stato il Moyen de nommer et de définir les couleurs, di Michel Eugene Chevreul (1786-1889) che classificò i colori usando le linee di Fraunhofer. Nel suo trattato, il rosso mattone ha una lunghezza d’onda dominante di 611,6 nm, con una purezza cromatica di 5/10 e una luminosità del 14% a 12/20 dal massimo per questa purezza. 
Le linee di Fraunhofer, in ottica, sono un insieme di linee spettrali, che furono originariamente osservate nell'assorbimento dello spettro ottico del Sole. In questo spettro, infatti, Fraunhofer scoprì erano presenti delle linee scure che inframezzavano lo spettro della luce solare. Egli catalogò un totale di 570 linee di assorbimento che furono successivamente associate ad altrettanti elementi chimici da Kirchhoff e Bunsen.

Il principio fisico dietro a queste linee di Franuhofer fu poi noto nei primi anni del '900, grazie alla fisica quantistica. L'emissione luminosa di un corpo viene trasmessa attraverso i fotoni. Nel Sole questi fotoni sono il risultato delle reazioni termonucleari al suo interno. La radiazione solare non è monocromatica, come si potrebbe pensare, ma è distribuita su varie frequenze, come un tipico spettro di corpo nero, a forma di "campana" nel diagramma frequenza-flusso. Questa campana ha un picco intorno ai 500 nm (verde).
Questo in parole povere vuol dire che, a causa delle reazioni all'interno della fornace solare, i fotoni che escono dalla superficie del Sole non hanno tutti la stessa frequenza e la stessa energia (per l'equivalenza frequenza-energia di Planck), ma hanno frequenze diverse (vedi figura sotto).

Come si può vedere dalla figura, però, quello che arriva a noi è solo una parte dello spettro solare: infatti nel passaggio nell'atmosfera terrestre (e, prima, nella fotosfera solare), parte dei fotoni emessi dal Sole vengono assorbiti o scatterati dagli elementi chimici che compongono la nostra atmosfera.
L'assorbimento di fotoni avviene quando i fotoni vanno ad attraversare un qualsiasi materiale, nel nostro caso le linee di Fraunhofer sono il risultato dell'assorbimento di un gas. Questo assorbimento è la cessione di energia associata alla radiazione elettromagnetica dai fotoni agli elettroni, ai nuclei o alle molecole che compongono tale gas.
L'assorbimento di questi fotoni dipende dalla frequenza dei fotoni stessi: un atomo o una molecola è in grado di assorbire un fotone, solo se il fotone ha una frequenza corrispondente a quella di eccitazione dell'atomo o della molecola.
Queste frequenze di eccitazione dipendono dalla struttura molecolare e possono essere calcolate con l'equazione di Schrodinger.
I "buchi" nello spettro elettromagnetico dopo il passaggio del gas, ci permettono ad esempio di capire il gas di cui è composta l'atmosfera.

Le linee contrassegnate come A e B ad esempio corrispondono all'assorbimento della molecola di ossigeno a 759 e 686 nm.

I corpi opaci, invece, ci appaiono di un certo colore a seconda della riflessione dei colori. Se un corpo assorbe tutta la radiazione incidente su di esso ci apparirà nero, se riflette tutta la radiazione ci apparirà bianco, mentre se riflette solo alcune lunghezze d'onda, esso ci apparirà del colore associato a quella determinata lunghezza d'onda.

Tornando al rosso mattone, quindi, possiamo dire che i corpi che ci appaiono colorati di rosso mattone sono dei corpi che hanno un picco di riflessione intorno ai 611 nm, che, nello spettro del visibile corrisponde alla porzione del rosso scuro.

Ma come avviene la percezione dei colori?
I fotoni entrano nell'occhio, fino ad arrivare alla retina, dove incontra i fotorecettori, ossia i coni e i bastoncelli. I bastoncelli sono i fotorecettori che consentono la visione in condizioni di scarsa luce, consentendo la visione scotopica, ossia la cosiddetta luce notturna. I coni, invece, sono i fotorecettori che consentono la percezione cromatica, ossia la percezione dei colori come li vediamo. Ci sono tre tipi di coni nella retina, che hanno 3 picchi distinti di assorbimento di lunghezze d'onda (564-580 nm / 534-545 nm / 420-440 nm). La differenza di segnale proveniente da questi tre tipi di coni porta alla percezione del cervello di uno spettro continuo di colori. Sia che i coni che i bastoncelli sono composti da una sostanza chimica chiamata fotopsina.

Il rosso mattone compare anche in un altro saggio scientifico - abbastanza inusuale - di qualche anno più tardi: stiamo infatti parlando della "De la nomenclature des couleurs"  di René Ferry, nel quale l'autore considera i vari colori più importanti nella micologia, ossia nello studio delle cellule fungine.

Lo studio infatti venne pubblicato nella Revue Mycologique 52 di ottobre 1891.


Bibliografia
Joseph Fraunhofer (1814 - 1815) "Bestimmung des Brechungs- und des Farben-Zerstreuungs - Vermögens verschiedener Glasarten, in Bezug auf die Vervollkommnung achromatischer Fernröhre", Denkschriften der Königlichen Akademie der Wissenschaften zu München (Memoirs of the Royal Academy of Sciences in Munich), 5: 193-226
Michel-Eugène Chevreul (1861), "Moyen de nommer et de définir les couleurs", Mémoires de l'Académie des sciences de l'Institut de France, 33
René Ferry (1891), "De la nomenclature des couleurs", Revue Mycologique 52.

Approfondimento - la fisica dell'arcobaleno

L'arcobaleno, come visto nel post precedente (Step 04), ha affascinato molti popoli, tanto da portare a spiegazioni mitologiche per la sua origine.
Dal punto di vista scientifico l'arcobaleno è uno dei più famosi e sensazionali esempi di dispersione della luce.
L'arcobaleno infatti è causato dalla dispersione della luce nelle goccioline di pioggia.

Quando la luce del sole entra nella goccia, essa viene separata dalla dispersione nelle sue componenti dal rosso al violetto. La luce quindi viene riflessa dalla parte posteriore della goccia e infine rifratta, subendo un'altra dispersione quando lascia la goccia. La direzione finale della luce è quasi opposta a quella iniziale, con una differenza di solo 40°-42°, a seconda del colore della luce. Più precisamente, la luce violetta, che è deviata più dalla rifrazione, cambia la sua direzione di propagazione di 320°, così è spostata di 40° dalla direzione di provenienza dal Sole. La luce rossa, che è deviata di meno, cambia la sua direzione solo di 318° e quindi si muove in una direzione che è a 42° rispetto a quella del Sole.
Per vedere come si forma l'arcobaleno in cielo, immaginiamo di stare con la schiena rivolta al Sole e di guardare verso una zona dove sta piovendo. Consideriamo una singola goccia mentre cade verso terra. La goccia, come tutte le altre in quella zona, invia luce di tutti i colori in direzioni diverse. Quando la goccia è a un angolo di 42° rispetto all'orizzantale, vediamo laluce rossa proveniente da essa. Continuando a cadere, l'angolo formato rispetto all'orizzontale diminuisce.
Alla fine raggiunge un'altezza dove il suo angolo con l'orizzontale è di 40°, punto nel quale la luce violetta proveniente dalla goccia può raggiugere i nostri occhi. Nel frattempo la goccia ci ha inviato tutti gli altri colori dell'arcobaleno per la nostra gioia!

Arcobaleno sopra la casa natale di Isaac Newton

Bibliografia:
J.S. Walker, Fisica, Zanichelli