Почему бумага желтеет?
Старые книги, газеты и журналы легко отличить от новых: у старых страницы более тёмные. Неужели раньше делали бумагу жёлто-коричневых оттенков? Нет, когда те книги выходили из типографии, их страницы были белыми. Просто с бумагой со временем что-то происходит. Что?
Может быть, бумага желтеет от повышенной влажности? Или от пыли? Или на неё действуют какие-то микроорганизмы? И влажность, и пыль, и микробы играют свою роль, но главное, от чего желтеет бумага, это кислород. В воздухе его много, больше 20%.
Вспомним, что основа бумаги — целлюлоза, которую получают из древесины или из макулатуры. Целлюлоза — полимер, построенный из множества молекул глюкозы. Из нитей целлюлозы состоят стенки растительных клеток, но эти нити друг с другом непосредственно не соединяются — их держит вместе вещество лигнин, ещё один полимер, довольно сложный по составу. Лигнин прослаивает волокна целлюлозы по всем направлениям, и именно благодаря ему клеточные стенки растений прочные и жёсткие.
Когда делают бумагу, первым делом древесину измельчают и обрабатывают химическими реагентами, чтобы целюлозные волокна отделились друг от друга. При производстве высококачественной бумаги от лигнина и других примесей стараются избавиться, чтобы осталась только целлюлоза, бесцветная и хорошо отражающая свет. Затем в очищенную целлюлозу добавляют специальный клей, крахмал, разные смолы и вещества, которые скрепляют целлюлозные волокна, усиливают белизну и обеспечивают прочность, гладкость, мягкость и другие качества, предъявляемые к бумаге. Но всё же какое-то количество лигнина в бумаге остаётся. Постепенно он начинает окисляться под действием кислорода воздуха.
В структуре молекулы лигнина очень много шестиуглеродных колец, притом не простых, а ароматических. В этих кольцах атомы углерода не только соединены друг с другом простыми химическими связями, которые мы обозначаем «палочками», но они ещё «договорились» организовать что-то вроде «братства кольца». Для этого каждый из атомов отдал в общее пользование всем братьям по одному электрону (химические связи между атомами образуются, когда они объединяют свои электроны). В результате связи между атомами углерода в кольце стали прочнее, и, к примеру, разорвать такое химическое братство стало ой как не просто. Зато снаружи к кольцу можно присоединить какиенибудь другие атомы или фрагменты молекул. Само кольцо от этого никак не пострадает, но с появлением «довеска» у него немного меняются свойства. Например, то, как молекула с ароматическими кольцами будет взаимодействовать со светом. Но как от этого зависит цвет вещества?
Когда мы смотрим на радугу, мы видим семь основных цветов — именно из них состоит белый солнечный свет. Теперь посмотрим в яркий солнечный день на белый лист бумаги — логично, что он будет белый. Это значит, что лист бумаги одинаково отразил все семь цветных компонент солнечного света. А что будет, если подопытный лист решит «похитить» у падающих на него солнечных лучей один из цветов или, по-научному, поглотить часть спектра? Тогда мы увидим, что бумага стала уже не чисто белого цвета, а с каким-нибудь оттенком. Если спектральные «аппетиты» листа вырастут и он станет поглощать уже не один цвет, а, например, целых шесть, брезгуя, скажем, красным, тогда до нашего глаза дойдёт только этот красный цвет и цвет бумаги мы будем видеть тоже как красный. Ну и совсем крайний случай: если лист бумаги «проглотит» весь спектр — все семь цветов, то до нашего глаза не дойдёт ни один лучик и лист бумаги мы увидим как абсолютно чёрный.
Теперь вернёмся к молекулам и ароматическим кольцам. Молекулы неокисленного лигнина не проявляют никакого интереса к поглощению видимого света, поэтому свежий бумажный лист радует нас своей белизной, отражая весь падающий на него солнечный свет. А вот у молекул лигнина, которых немного «покусал» кислород, уже появляется «аппетит», и они не прочь «закусить» некоторыми цветами из падающих на них солнечных лучиков. В результате мы вместо белого листа видим нечто желтоватобурое.