Pigment mi, boyarmadde mi?

Kısa cevap

Pigment, kullanıldığı ortamda çözünmeyen, renkli ince taneciklerden oluşur ve yüzeye bir bağlayıcının içinde asılı kalarak tutunur; boyarmadde ise ortamında çözünür, tek tek moleküller hâlinde malzemenin içine girer ve ona kimyasal ya da fiziksel olarak bağlanır. Duvar boyası örtmek ve dayanmak zorunda olduğu için çoğunlukla pigment kullanır; bir mürekkep püskürtmeli yazıcının ev tipi mürekkebi ise ince uçlardan akmak, kâğıda işlemek ve canlı renk vermek için çoğu zaman boyarmadde kullanır, ama bu seçimin bedeli ışığa ve suya karşı daha düşük dayanıklılıktır.

Suya atılan iki toz

Bir bardak suya iki renkli toz atalım. Birincisi bir süre bulanık bir bulut oluşturur, sonra dibe çöker; su yeniden neredeyse renksizleşir. İkincisi hiçbir iz bırakmadan kaybolur ve bütün suyu boyar. Birincisi bir pigment, ikincisi bir boyarmaddedir.

Pigmenti KE-04, ortamında çözünmeyen, renkli ince taneciklerden oluşan bir renklendirici olarak tanıttı. Bu dersin işi, onun kardeşini tanımak ve ikisinin neden farklı işlere yaradığını anlamak.

Ayrım maddenin kendisine değil, ortamına göre yapılır. Aynı molekül bir sıvıda çözünüp boyarmadde gibi davranabilir, başka bir sıvıda çözünmeyip pigment gibi davranabilir. Bu yüzden "bu madde pigment mi?" sorusunun doğru biçimi "bu madde bu ortamda çözünüyor mu?" olmalıdır.

Pigment nasıl tutunur?

Çözünmeyen bir tanecik bir yüzeye kendiliğinden yapışmaz. Onu yerinde tutacak bir tutkal gerekir.

Bir boya, en basit hâliyle, bir bağlayıcının içinde asılı pigment tanecikleridir. Bağlayıcı kurudukça tanecikler yerlerine kilitlenir. Bu yapının iki sonucu vardır. Birincisi, pigment rengini yalnız soğurmayla değil, taneciklerin ışığı saçmasıyla da oluşturur; bu yüzden örtücüdür ve alttaki yüzeyi gizleyebilir. İkincisi, rengin kendisi taneciğin boyutuna bağlıdır.

Bu gözlem, pigmentin bir tanecik olduğunu hatırlatır. Tanecik küçüldükçe ışığı daha çok saçar, daha az renkli ışık derine girip soğurulur ve renk açılıp solar. Boyarmaddede böyle bir etki yoktur, çünkü tanecik yoktur; molekül çözeltide tek başınadır.

Boyarmadde nasıl tutunur?

Boyarmadde başka bir yoldan tutunur. Çözünmüş molekül lifin ya da kâğıdın içine girer ve oradaki moleküllerle bağ kurar. Bazı liflerde bu bağ kendiliğinden kurulur. Bazılarında ise bir aracı gerekir.

TK-09'da anlatılan Türk kırmızısının şap banyoları tam olarak bu işi yapar.

İki dünyanın arasında bir melez de vardır.

Lak, bir boyarmaddeyi ressamın paletine taşımanın yoludur. Kök boyanın kırmızısı, bir kumaşı boyarken boyarmaddedir; bir taşıyıcının üzerine çöktürüldüğünde ise yağlı boyada kullanılabilen bir pigmente dönüşür.

Boya ile mürekkep neden farklı?

Kartın sorusu şudur: boya ve mürekkep neden farklı renklendirici tipleri kullanır? Cevap, her birinden beklenen işte yatar.

Bir duvar boyası alttaki rengi örtmeli, güneşe ve yıkamaya yıllarca dayanmalıdır. Bunun için saçan, örtücü ve kimyasal olarak dayanıklı taneciklere, yani pigmente ihtiyaç duyar. Titanyum dioksit beyazının neden bu kadar yaygın olduğunu EC-05 bu açıdan anlatır.

Bir mürekkep püskürtmeli yazıcının mürekkebi ise başka bir sınavdan geçer. Çok ince uçlardan tıkanmadan akmalı, kâğıda hızla işlemeli ve fotoğraf için geniş bir renk yelpazesi sunmalıdır. Tamamen çözünmüş bir boyarmadde bu işlerde avantajlıdır.

Yani mürekkep her zaman boyarmadde, boya her zaman pigment değildir. Seçim bir ödünleşimdir: boyarmadde canlılık, akış ve düşük maliyet getirir, pigment dayanıklılık ve örtücülük. Bir arşiv fotoğrafı için pigmentli mürekkep, bir tatil fotoğrafını hemen basmak için boyarmaddeli mürekkep makul bir seçim olabilir; parlak metalik baskılar ise metal tanecikleri taşıyan mürekkeplerle yapılır (EK-09).

Örnek — dövme ile kına

İnsan derisi de bu iki yolu tanır. Dövme pigmentle, kına boyarmaddeyle yapılır ve ikisinin davranışı bu dersin ayrımını birebir izler.

Kına ise tanecik taşımaz. Kınanın rengini veren lawson molekülü deriye bir tepkimeyle bağlanır.

Ten rengi burada iki yolu farklı etkiler. Kınanın boyarmaddesi deriye dışarıdan, yüzeyden işler. Dövme pigmenti ise daha derindedir; ışığın pigmente ulaşıp geri dönmesi için melanin taşıyan üst katmandan iki kez geçmesi gerekir. Melanozomların soğurmasını dalga boyunun bir kuvveti olarak veren yaklaşık formüle göre (TK-02) melanin 450 nanometredeki mavi ışığı 650 nanometredeki kırmızı ışığa göre yaklaşık 3,6 kat, 530 nanometredeki yeşili yaklaşık 2 kat daha güçlü soğurur. Bu basit hesap, koyu tende mavi ve yeşil dövme renklerinin kırmızıya göre daha fazla ışık kaybedeceğini öngörür. Hesap yalnız melanini dikkate alır ve bir dövmenin koyu tende nasıl görüneceğini söylemez; bunu farklı ten tonlarında yapılmış gerçek dövmeler gösterir.

Sık yapılan yanlış

Özet

1. Pigment ortamında çözünmeyen taneciklerdir ve bir bağlayıcıyla yüzeye tutunur; boyarmadde ortamında çözünür ve malzemenin içine girip ona bağlanır. Ayrım maddeye değil, ortamına göre yapılır.
2. Pigmentin rengi tanecik boyutuna bağlıdır ve ışığı saçtığı için örtücüdür; boyarmadde bazı liflere ancak şap gibi bir mordanla bağlanır; boyarmadde bir taşıyıcı üzerine çöktürülünce lak pigmente dönüşür.
3. Boya örtücülük ve dayanıklılık için pigment, ev tipi mürekkep akış, canlılık ve düşük maliyet için çoğu zaman boyarmadde kullanır; bunun bedeli ışık dayanıklılığıdır.

Kendini sına

1. (Kolay) Pigment ile boyarmaddeyi ayıran temel özellik nedir?
2. (Kolay) Bağlayıcı ne işe yarar?
3. (Orta) Boya ve mürekkep neden farklı renklendirici tipleri kullanır?
4. (Orta) Mordan nedir ve Türk kırmızısında hangi adım bu işi yapar?
5. (Zor) Malahit ve azurit ince öğütülünce neden rengini kaybeder ve bu etki boyarmaddede neden görülmez?
6. (Zor) Dövme ve kına, pigment ile boyarmadde ayrımını nasıl izler ve ten rengi ikisini neden farklı etkiler?

Cevaplar

1. Çözünürlük: pigment kullanıldığı ortamda çözünmez, boyarmadde çözünür («Suya atılan iki toz»).
2. Pigment taneciklerini birbirine ve yüzeye bağlar, kuruyunca film oluşturur («Pigment nasıl tutunur?»).
3. Boya örtmek ve uzun süre dayanmak zorundadır, bu yüzden saçan ve dayanıklı pigment kullanır; ev tipi mürekkep püskürtmeli yazıcı mürekkebi ince uçlardan akmalı ve geniş bir renk yelpazesi sunmalıdır, bu yüzden çoğu zaman çözünmüş boyarmadde kullanır. Arşiv baskısında ise dayanıklılık için pigmentli mürekkep seçilir («Boya ile mürekkep neden farklı?»).
4. Boyarmaddeyi life bağlayan, çoğu zaman şap gibi bir metal tuzudur; Türk kırmızısında şap banyoları alüminyum iyonlarıyla lif ile kök boyanın boyarmaddesi arasında köprü kurar («Boyarmadde nasıl tutunur?»).
5. Pigment bir taneciktir; tanecik küçüldükçe ışığı daha çok saçar ve renkli ışığın soğurulduğu yol kısalır, renk açılıp solar. Boyarmaddede tanecik yoktur, molekül çözeltide tek başınadır («Pigment nasıl tutunur?»).
6. Dövme pigment taneciklerini deride makrofajların içinde tutar, kına lawson molekülünü deriye bir tepkimeyle bağlar. Dövme pigmenti daha derindedir; ışık melanin taşıyan katmandan iki kez geçer ve melanin kısa dalga boylarını daha güçlü soğurduğu için koyu tende mavi ve yeşil dövme renkleri kırmızıya göre daha çok ışık kaybeder («Örnek — dövme ile kına»).

Kaynaklar

• Siddall, R., «Mineral Pigments in Archaeology: Their Analysis and the Range of Available Materials», Minerals 8(5): 201, 2018.
• Shahid, M., «Turkey red dyeing and printing», University of Glasgow, 2019.
• Krauz, L., Páta, P. ve Kaiser, J., «Assessing the Spectral Characteristics of Dye- and Pigment-Based Inkjet Prints by VNIR Hyperspectral Imaging», Sensors 22(2): 603, 2022.
• Baranska, A. vd., «Unveiling skin macrophage dynamics explains both tattoo persistence and strenuous removal», Journal of Experimental Medicine 215(4): 1115–1133, 2018.
• Madaras, S., «Towards Elucidation of the Reaction Mechanism between Lawsone and Amino Acids», doktora tezi, Flinders University, 2021.
• Jacques, S. L., «Melanosome absorption coefficient», Oregon Medical Laser Center, omlc.org.

Sonraki adım

MA-03, pigmentlerin büyük bir bölümünü oluşturan metal bileşiklerine bakıyor: demir oksitler, kadmiyum, kobalt ve krom bileşiklerini, bu pigmentlerin dayanıklılık ile zehirlilik arasındaki dengesini, geçiş metali iyonlarının rengi hangi mekanizmayla verdiğini ve kadmiyuma getirilen kısıtlamaların gerekçesini soruyor. Boyarmaddenin tekstildeki hayatına MT-03 geçiyor: lif türüne göre değişen tekstil boya sınıflarını ve polyesterin neden pamuk boyasıyla boyanamadığını anlatıyor.