Värit ihmisessä
Oletko koskaan miettinyt mistä värit johtuvat? Miksi pystymme näkemään värejä? Miksi koirat näkevät kaiken mustavalkoisena? Mikä aiheuttaa sateenkaaren? Miksi vesivärejä sekoittamalla saa uusia värejä?
Värit ovat itse asiassa valon eri aallonpituuksia, joita kutsutaan näkyvän valon aallonpituuksiksi. Näkyvän valon lisäksi sähkömagneettiseen säteilyyn kuuluvat muun muassa röntgensäteily ja UV-säteily. Esimerkiksi aurinko lähettää kaikkia sähkömagneettisen säteilyn laatuja, mutta näemme niistä vain kapean kaistaleen. Koska aurinko lähettää säteilyä kaikilla aallonpituuksilla, sen valossa on kaikkia värejä ja näemme sen valkeana, kuten myös hehkulampun valon. Avaruus imee kaikki säteilyn lajit eikä lähetä yhtään, siksi näemme sen mustana. Kun valo osuu esineeseen, se imee osan säteilystä ja heijastaa osan. Esineen pinnan ominaisuuksista riippuu, mitä aallonpituuksia se imee ja mitä se heijastaa. Tästä määräytyy myös esineen väri. Esimerkiksi punainen pallo imee kaikkia muita värejä paitsi punaista - ja näyttää siksi punaiselta.
Valon siroaminen ilmakehän vesihöyryyn saa taivaan näyttämään siniseltä. Auringonlaskun upeat värit taas johtuvat siitä, että valon tullessa eri kulmassa ilmakehään se siroaa eri tavalla, jättäen jäljelle eri aallonpituudet.
Värit ihmisessä
Myös omasta kehostasi löytyy paljon värejä: hiukset, silmät, iho, huulet, räkä, mustelmat... Kaikkien lähteitä ei ole vielä edes selvitetty (kukapa haluaisi tutkia, miksi räkä on keltaista?) mutta varsinkin hiusten ja ihon väristä löytyy jo aika paljon tietoa.
Useimmissa kehon väreissä tärkein määräävä tekijä on melaniini. Se on proteiini, jota kehosi tuottaa. Melaniinia on kahta laatua: tummaa euomelaniinia ja vaaleaa phaeomelaniinia. Ihon, hiusten ja silmien eri värit syntyvät siitä, missä suhteissa, kuinka paljon ja millaisissa kuvioissa näitä kahta proteiinia tuotetaan. Hiusten väri ei yleensä iän mukana muutu, paitsi vanhana kun hiusjuurten melaniinituotanto hiipuu ja hiukset harmaantuvat. Ihon väri sen sijaan muuttuu paljonkin vuoden mittaan. Kesällä aurinko paistaa Suomeen enemmän ja suoremmin ilmakehän läpi. Tämän takia säteily on voimakkaampaa ja koemme sen kuumempana. Säteilyn korkea-energinen osa eli ultra violetti säteily on näin ollen myös voimakkaampaa - tarpeeksi voimakasta jotta saatat polttaa ihosi auringossa, jos et ole keväällä varovainen. Noin viikon jälkeen ultra violetti-säteily kuitenkin herättää ihosi melanosyyttisolut toimimaan. Ne alkavat tuottaa lisää melaniinia, joka tekee ihostasi tummemman, eli toisin sanoin rusketut. Tumma pigmentti imee itseensä auringon säteilyä, jolloin pienempi osa siitä pääsee polttamaan ja vaurioittamaan ihosoluja. Ihosolujen luontainen melamiinin tuotto on perinnöllinen ominaisuus. Lähellä päiväntasaajaa asuvat ihmiset, kuten afrikkalaiset, ovat syntymästään asti tummia runsaan melamiinin tuoton takia.
Jos vaaleat hiukset johtuvat vähäisestä melaniinimäärästä, niin miksei vaaleahiuksisilla ihmisillä ole myös vaalean ruskeita silmiä? Tämä johtuu siitä että silmän iriksen rakenne on erilainen kuin ihon tai hiusten rakenne, ja näin ollen ne myös imevät ja heijastavat säteilyä eri tavoin. Periaatteessa "ruskeat" pigmentit aiheuttavat siis myös silmien sinisen, vihreän ja harmaan värin. Tähän vaihtoehdot kuitenkin loppuvat - kenelläkään ei ole luonnostaan violetteja tai tumman punaisia silmiä. Joskus vastasyntyneen silmät ovat siniset, vaikka ne myöhemmin muuttuvat ruskeiksi. Tämä johtuu siitä että iiriksen melanosyytit eivät ole heti alkaneet toimimaan.
Jos henkilö ei tuota lainkaan melaniinia, häntä kutsutaan albiinoksi. Albiinon iho on hyvin kalpea, melkein valkoinen. Hiukset ovat valkean kellertävät koska ei ole melaniinia peittämässä keratiinin vaalean kellertävää sävyä. Albiinon silmät näyttävät punaisilta koska iiris on väritön eikä peitä silmän pohjan verisuonia.
Myös monet muut proteiinit vaikuttavat kehon väreihin. Oletko koskaan perannut kalaa? Tiedät varmaan että sappirakkoa pitää varoa rikkomasta. Sapen vihreä väri johtuu biliverdiinistä, jota syntyy kun verisolut hajoavat. Pissan kellanruskea väri taas johtuu urokromista.
Myös metallit vaikuttavat kehon väreihin. Osa hiusten sävyeroista johtuu niistä. Lisäksi veresi punainen väri johtuu sen sisältämästä raudasta. Rauta-atomit ovat kiinni punasolujen hemoglobiinissa. Ne ovat hemoglobiinin tärkein osa, sillä ne sitovat happea keuhkoissa ja kuljettavat sen eri puolille kehoa. Terkkari saattaa mitata veresi rautapitoisuuden varmistaakseen, että olet terve. Raudanpuutosta sanotaan anemiaksi. Silloin rautaa ei riitä tehokkaaseen hapen kuljetukseen ja potilas on jatkuvasti väsynyt. Kieli ja huulet ovat punaisempia kuin muu iho koska niissä on hiusverisuonia lähellä pintaa. Valtimoveri on erityisen helakanpunaista, koska siinä on paljon happea. Laskimot ja mustelmat taas näyttävät sinisiltä, koska niissä hemoglobiiniin on hapen sijasta sitoutunut löyhästi vesimolekyyli. Kun mustelma alkaa parantua, suonista vuotaneet verisolut hajotetaan ja mustelma muuttuu sinisestä vihreäksi ja keltaiseksi. Värit johtuvat biliverdiinistä ja bilirubiinista.
Kykymme nähdä värejä perustuu siihen, että silmän takaosassa verkkokalvolla on valoa aistivia sauva- ja tappisoluja. Sauvasolut aistivat ylipäänsä valoa, joten ne ovat tärkeitä hämäränäölle. Ne sijaitsevat verkkokalvon sivuissa, joten näet nopeat valonhäivähdykset myös silmäkulmastasi. Tappisolut taas näkevät punaisen, sinisen ja vihreän. Kukin tappisolu reagoi tiettyyn aallonpituuteen. Ne lähettävät viestin eteenpäin aivoille, jotka muodostavat viestien laadun ja määrän perusteella mielikuvat eri värisävyistä. Näin pystymme näkemään esimerkiksi keltaista, oranssia ja violettia.
Värejä metalleista
Monet metalliyhdisteet ovat värikkäitä, esimerkiksi jalokivet saavat värinsä metalleista. Tämä johtuu siitä, että metalliatomit, varsinkin siirtymämetallit, muodostavat niin sanottuja kompleksiyhdisteitä. Niissä yhtä metalliatomia ympäröi monta sidosryhmää, jotka koostuvat yleensä hapesta, silikonista, hiilestä, typestä ja vedystä. Sidosryhmät vuorovaikuttavat metalliatomin elektroniverhon kanssa siten, että metalli voi absorboida tiettyjä aallonpituuksia. Nämä aallonpituudet riippuvat metallista, sen hapetusasteesta, sidosryhmistä sekä sidosryhmien määrästä.
Esimerkiksi kupari on eri sidosryhmien kanssa eri värinen. Tetra-ammiinikupari(II) on kirkkaan sininen. Siinä kupari-atomi on sitoutunut neljään aminoryhmään. Aminoryhmässä on typpiatomiin sitoutuneena kolme vetyatomia. Kupari(II)hydroksidi taas on turkoosi, kupari(II)oksidi ruskea, kupari(II)karbonaatti vaalean sininen ja kupari(I)jodidi valkea.
Myös ruosteen väri syntyy näin. Raudan ruostuminen johtuu siitä, että se yhtyy ilman happiatomeihin muodostaen rautaoksideja ja rautahydroksideja. Oksidiryhmässä on yksi happi, hydroksidiryhmässä taas happi ja vety. Ruoste on yleensä punertavaa sävyltään. Kuparin ”ruostuminen” vihreäksi taas johtuu ilmansaasteista: kupariatomit saavat sidosryhmikseen pakokaasuista peräisin olevia rikkiryhmiä.
Jalokivet saavat usein värinsä metalli-atomeista:
Rubiinin verenpunainen sävy johtuu sen sisältämästä kromista.
Hempeässä ruusukvarsissa on vain vähän kromi-atomeja.
Safiirissa on rautaa ja titaania.
Smaragdin kaunis vihreä syntyy kromista ja berylliumista.
Topaasi saa värinsä raudasta.
Puhtaat timantit ovat värittömiä, koska niissä on vain hiiliatomeja.
Lehtivihreän eli klorofyllin alta paljastuvat ruskanvärit
Lehtivihreä eli klorofylli on väriaine, joilla kasvit sitovat auringonvalon energiaa itseensä. Lehtivihreän näemme kasveissa vihreänä värinä. Klorofyllin kemiallinen rakenne on rengasmainen ja renkaan keskelle on sitoutunut magnesiumioni. Meissä ihmisissä on veressä samanlainen rengasmainen kemiallinen rakenne, mutta rakenteen keskelle onkin sitoutunut rauta-atomi. Kutsumme tätä ainetta veren hemoglobiiniksi ja se kuljettaa elimistöömme happea.
Syksyn saapuessa lehdet alkavat kellastua ja lopulta ensimmäisten pakkasten kirpaistessa lehdet muuttuvat
kirkkaan keltaisiksi ja punaisiksi. Mutta mistä tämä johtuu?
Lehtivihreässä oleva magnesiumatomi on kasville tärkeä ja vaikeasti uudelleen löydettävissä oleva aine. Niinpä ennen lehtien pudottamista, kasvit keräävät lehtivihreästä magnesiumin talteen juuristoonsa ja vasta sitten pudottavat lehtensä. Toiset kasvit riuhtaisevat magnesiumia talteen niin rajusti, että koko rengasmainen rakenne atomin ympäriltä hajoaa ja lehdestä paljastuu ruskan keltainen väri. Toiset ovat varovaisempia magnesiumin irrottamisessa ja lehtiin jää vielä lehtivihreän rengasmainen rakenne ehjänä tallelle, jolloin lehtien väri onkin punainen. Mutta punainen värikin haalistuu lopulta pois, koska lehtivihreän rakenne ei säily ilman keskelle sitoutunutta magnesiumia.
