Química > Orgânica > Moléculas conjugadas, pigmentos, luzes, cores, UV e proteção solar
Conjugação é a alternância de ligações duplas.
Uma molécula conjugada pode absorver e reemitir luz e UV. Isto ocorre na forma de fótons (partículas de luz).
As cores são luzes. Diferentes moléculas absorvem diferentes cores, e portanto funcionam como pigmentos.
Vale a pena aproveitar e fazer uma ligação com a física e usar o conceito de fóton porque simplifica o entendimento, em minha opinião. Fótons são partículas de luz; estas foram demonstradas pelo Einstein, e fazem parte da teoria da mecânica quântica, a mesma que permite calcular as órbitas dos elétrons e fornece os números quânticos e orbitais .
Além de conjugação, existem outras características das moléculas que podem produzir cores . No total existem 14 mecanismos físico-químicos que permitem auma molécula produzir cor.
Conjugação
Conjugação é a alternância de ligações duplas. Isto é melhor visualzado com exemplos:
O beta caroteno é um pigmento alaranjado, abundante na cenoura por exemplo. Percebam que possui uma extensa conjugação, entre suas 11 ligações duplas.
A cor exibida depende desta extensão. Aumentando ou diminuindo o tamanho desta molécula pode-se produzir outras cores.
Notem que trata-se de um hidrocarboneto. Geralmente as moléculas orgânicas que exibem cor possuem também oxigênios e nitrogênios. Anéis conjugados são também comuns.
Pigmentos
Como produzimos cores?
Cores são luzes que vemos quando os fótons atingem a retina dos nossos olhos.
A luz branca compreende todas as cores juntas. É o que demonstramos com o famos disco de Newton, que se torna branco quando gira.
Disco de Newton
Se dessa mistura de cores no disco, tiramos uma ou outra, já não se vê mais a cor branca quando ele girar.
A molécula de pigmento absorve apenas fótons de uma determinada cor, que depende da estrutura dela. Mas a cor que ela exibe não é aquela que é absorvida. É a complementar. A luz absorvida não sai mais e portanto não chega na sua retina.
Por exemplo, as plantas são verdes porque a luz verde não é utilizada, e portanto é refletida de volta para o ambiente (ver gráfico abaixo). A planta seria mais eficiente se fosse preta, de modo a absorver toda a luz que chega. Aliás este é um argumento contra o criacionismo, devido a esta imperfeição na criação supostamente divina. Ler mais>>
O que acontece com a energia da luz absorvida
Esta é dissipada em calor. No caso da molécula , imaginando a situação microscópica, o calor seria uma aumenta na energia translacional e vibracional da mesma.
No caso da absorção de um fóton de maior energia, como um no UV por exemplo, pode acontecer que parte da energia seja dissipada em calor, e o resto na forma de luz. Este fenômeno chama-se fluorescência, quando a emissão da luz é imediata, e fosforescência quando há um atraso.
Em sistemas mais complexos como na fotossíntese, a energia da luz absorvida pode ser direcionada para a síntese de ATP, que é a molécula que transporta energia para todos as partes da célula. Nesse caso o pigmento envolvido é a clorofila. O prefixo clor- indica cor verde, como no gás cloro que é verde.
Perceba que o sistema conjugado da clorofila é mais complexo que o do beta caroteno, pois possui também átomos de oxigênio, nitrogênio e até mesmo o metal magnésio, no centro. É este anel (chamado de porfirina) que absorve a luz.
A hemoglobina , do sangue, também possui um anel de porfirina. No caso o metal é o ferro (invés do magnésio na clorofila) e por isso a cor é vermelha. Alguns moluscos possuem o anel de porfirina com cobre (invés de ferro)e por isso possuem sangue azul. O anel de porfirina é muito importante na química da vida .
Absorção de UV pelo ozônio - um mecanismo diferente
Um exemplo de molécula conjugada que absorve UV é a quinina, presente por exemplo na água tônica. Tente expor um copo de água tônica à luz UV e verá que bela fluorescência é emitida.
Percebam que o sistema conjugado da quinina consiste de 2 anéis aromáticos conjugados, um deles contendo um nitrogênio.
Moléculas que absorvem UV são produzidas para serem usadas em cremes protetores solares. Uma destas é mostrada em questão do ENEM de
Pergunta: como o ozônio, que não possui sistema conjugado, pode absorver UV?
Sabemos que o ozônio é muito importante por proteger-nos da radiação UV do sol, que se for muito intensa pode causar muitos problemas para os seres vivos.
Resposta: O fóton de UV, quando atinge o ozônio, causa a quebra da molécula. Um oxigênio é solto, e os outros dois formam uma molécula de oxigênio. Dessa forma o fóton UV é absorvido.
Como a molécula seleciona a luz que ela absrove? Isto depende das distâncias entre as órbitas dos elétrons na molécula , ou átomo, , como explico aqui no capítulo de física atômica