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染料とは何か? 染料の特徴

染料というと化学的に合成された、ちょっと硬いイメージを抱きますが、植物色素というと柔らかく感じるのは私だけでしょうか。
手許にあった飴の成分表示を見てみると、クチナシ黄色素が染料として表示されています。これが、黄色○号となっていたら食味が落ちるかも知れません。
しかし、原料は異なっていても完全に同じ色に見える場合は、光に関しての物理化学作用は同じです。

物質を構成している原子や、原子が幾つか結合している分子の中に含まれる電子は外部からエネルギーを貰うことによって、自分が持つことを許されるエネルギーより多くのエネルギーを持ち、エネルギーの値の大きな位置に行こうとします。
このとき、電子によって持つことが許されるエネルギー値が決まっているので、電子は貰うエネルギーの選り好みをします。
そして、エネルギーをもらった電子は興奮状態( 励起状態 )になりますが、持ちなれないものは身につかないらしくエネルギー放出して元の状態( 基底状態 )に戻ります。
このとき、放出されるエネルギーは電磁波で、その周波数は電子によって決まっています。
光は電磁波の一種ですから、もし、放出した電磁波の周波数が可視光内にあれば私たちはそれを見ることが出来ます。

物質の色とは、たとえば白色光が物質に当たって反射して私たちの眼に入った光の波長です。
電子はエネルギーを貰うときに選り好みをすると書きましたが、電子が青い光のエネルギーを貰ってしまう(青い光の吸収)と、反射する光から青い光が抜けてしまいます。
このとき、私たちは青の 補色 である赤を感じ、この物質は赤いと認識します。
青色を吸収する物質を染料として使えば、赤い染料になるわけです。
物質によるエネルギーの吸収は可視光だけで起こるのでは無く、物質によっては可視光よりもっと波長の短い電磁波や長い電磁波でも起こります。

では、染料に使われる有機化合物で、可視光の光を吸収する物質の共通点は何か?
というと、原子同士の結合に二重結合 を持つことです。
二重結合というのは隣の原子と結合するときの手がたくさんあるときに二つの手で結合すことをです。ベンゼン環がその例です。
ただし、二重結合があれば可視光を吸収すると定まっているわけではありません。 原子のちょっとした配置の違いで物質の性質が異なるように、可視光を吸収しない物質がありますから、 二重結合を持つ物質だから全て染料に使えるという訳ではありません。

ところで、染料には白い物をより白く見せる 蛍光染料 というものがあります。⇒ 蛍光とは
これは特定の光を吸収してその補色を使うものでは無く、自ら光を出します。
先に書いたように、電子が吸収したエネルギーを放出するときに可視光として放出するようにしたもので、蛍光染料で布地を白く見せる場合には、 白い布地が若干黄みを帯びているので補色の青い光を発光させて輝くような白に見せています。