藍染的布為什麼從染液拉起來後，會從綠色變成藍色？
― 工匠其實是讓空氣把顏色「變出來」
從藍染染缸裡拉起來的布不是藍色，而是黃綠色。接觸空氣後，它很快就變成藍色。其實缸裡的藍，是被刻意變成「不是藍色的形態」。因為藍色的靛藍不溶於水，原本的樣子進不了布料裡。
在藍染工坊裡，工匠把白布沉入大染缸。缸裡的液體與其說是藍色，不如說是帶點茶色的黃綠色。表面浮著一層微帶紫色的泡沫。
過一會兒，把布拉起來用力擰乾。攤開的布是暗沉的黃綠色。可是工匠把布抖開，讓它接觸空氣，顏色就從邊緣開始變綠，再慢慢變藍。
不到 1 分鐘，布就變成鮮明的藍色。工匠再把它沉回缸裡，一次又一次重複。為什麼不一次就染得很深呢？
顏色改變的原因，只有兩個
藍色的靛藍幾乎不溶於水。所以工匠借助微生物的力量，讓靛藍接上氫，變成可溶於水的淡黃色形態。這個步驟稱為「建藍」。
滲進線縫隙的可溶藍，一碰到空氣，氫就被氧搶走。它於是變回原本的藍色靛藍，成為不溶於水的顆粒，被鎖在線裡。
也就是說，藍染分成兩步：「先溶解、搬運，再用空氣固定」。真正讓顏色出現的，不是染缸，而是空氣。
藍色的靛藍，為什麼原樣染不上去？
藍色的來源是一種叫靛藍（indigo）的物質。它的分子之間像手牽手一樣，彼此吸引得很強。所以丟進水裡，粉末只會沉底，幾乎不溶解。不溶的東西，進不了線與線之間的細小縫隙。把藍粉混在水裡浸布，只會薄薄附在表面，一洗就掉。
於是古代的工匠找到了把靛藍變成「可溶形態」的方法。日本的傳統做法，是把蓼藍葉發酵而成的「蒅（sukumo）」，放進用木灰萃取出的鹼性水（灰汁）裡。再加入麩皮或酒等微生物的食物，保持溫度靜置。據說數天到兩週左右，液體中的微生物就會把氫交給靛藍，讓它變成可溶的形態。
這種可溶的藍並不是藍色，而是偏黃色。染缸的液體看起來是黃綠色，是因為溶解的黃色靛藍裡，還混著一些仍是藍色的靛藍。表面的泡沫帶紫色，是因為泡沫的薄膜接觸空氣，那一部分正要變回藍色靛藍。工匠把這些泡沫稱為「藍之花」，當作判斷染缸狀態的依據。
接觸空氣時，發生了什麼事？
拉起來的布，線縫隙裡滲著可溶形態的靛藍。如圖 1 中央所示，它一碰到空氣，氧就從靛藍身上搶走氫。靛藍於是變回原本的藍色形態。藍色形態不溶於水，當場變成小顆粒，卡在線的縫隙裡出不來。
這時需要的氧，比想像中少。用下方「用算式確認」計算，就算是把一件 T 恤染深所需的靛藍，大約一口大人的呼吸量的空氣就夠了。把布抖開、攤開，是為了讓空氣流通到縫隙深處。
那為什麼不一次就染深呢？因為可溶形態的靛藍不容易附著在線上。就算浸很久，進到線裡的量也很快到達上限。相反地，先用空氣把它變成藍色顆粒，再浸下一次，就能在上面疊上新的一層。工匠反覆做「浸、擰、曬空氣」，就是這個原因。從淡水藍的「甕覗」到深沉的「紺」，據說顏色名稱也對應著重複次數的不同。
疊染好的布，最後要用水好好洗淨。這是為了洗掉只停在表面的顆粒，只留下被鎖在線裡的靛藍。
牛仔褲的藍，大多也是用靛藍染的。現在是用工廠製造的靛藍，以化學藥品代替微生物，把它變成可溶形態來染。靛藍容易停留在線的表面附近，所以容易摩擦的地方會掉色，露出白色的線芯。牛仔褲的「褪色」之所以成為風味，靠的就是這個性質。
缸裡工作的是微生物，所以太冷或食物吃完時，靛藍就不再溶解。因此工匠會替染缸保溫、補充食物，持續照料。從液體顏色、泡沫狀態和氣味判斷染缸狀況的技術，是靠長年經驗傳承下來的。
總結
藍色靛藍不溶於水，所以原樣進不了線裡。工匠借助微生物的力量，把氫交給靛藍，變成可溶的黃綠色形態，讓它滲進線裡。把拉起的布接觸空氣，氧搶走氫，靛藍變回藍色，成為不溶的顆粒留在線裡。
藍，在缸裡溶解，在空氣中上色。
從綠到藍的那一瞬間，就是顏色被鎖進線裡的信號。
靠氧讓顏色改變的常見例子還有很多。銅慢慢變成綠色的故事，可以讀「銅變綠的「銅綠」，為什麼曾被說成有「毒」？」；葉子的色素互相替換的故事，可以讀「楓葉為什麼會變紅或變黃？」。
- 拿深色的全新牛仔褲，用白布或白紙用力擦褲腳內側。如果藍色轉印過去，就表示靛藍附在線的表面附近。
- 從褲腳抽出一根鬚邊的線，用手指撥開看斷面。有時會發現外側是藍的，線芯卻偏白。
- 如果有機會去藍染體驗工坊，可以用時鐘量一量布拉起來後的顏色變化。比較抖開和不抖開時，從黃綠變成藍要幾秒，就能看出空氣的作用。
藍染缸的液體是鹼性的，體驗時請遵照工坊的指示，戴上手套，避免進入眼睛。
想知道更多的人 ― 術語、算式與課本的連結從國中自然科到大學專業課程，明確標示每段屬於哪個程度
- 國中國中自然科會學到的範圍
- 高中高中「化學」會學到的範圍
- 高中＋高中進階，或課本專欄的內容
- 大學高中不會學、大學專業課程（有機化學、染色化學、微生物學）的內容
- 研究連大學也不當作「定論」來教、目前研究者還在探究的話題
國中術語：這個現象有名字
- 氧化與還原：物質與氧結合或失去氫稱為氧化，相反則稱為還原。缸中是還原，空氣中是氧化。
- 靛藍（indigo）：藍色的來源物質，幾乎不溶於水。
- 建藍：靠發酵的力量讓靛藍變成可溶形態，做出可以染色的液體。這是工匠的用語。
- 蒅（sukumo）：把蓼藍葉發酵數個月製成的藍染原料。
國中高中用算式確認：把布染藍需要多少空氣？
從反應式估算可溶靛藍變回藍色靛藍時用掉的氧量。這裡假設進到布裡的靛藍是 2 g（約是把一件 T 恤染深的量）。
| 用符號寫 | 2 C16H12N2O2 ＋ O2 → 2 C16H10N2O2 ＋ 2 H2O |
| 用文字寫 | 可溶靛藍 2 個 ＋ 氧 1 個 → 藍色靛藍 2 個 ＋ 水 2 個。所需空氣體積 ＝（靛藍重量 ÷ 靛藍 1 莫耳的重量）÷ 2 × 氣體 1 莫耳的體積 ÷ 空氣中氧的比例 |
| 這個式子從哪來 | 氧化還原的反應式。可溶靛藍比藍色靛藍多 2 個氫原子，這 2 個氫被 1 個氧原子變成水帶走。由於反應前後原子數守恆，靛藍與氧的比例就定為 2 比 1。 |
| 進到布裡的靛藍重量（假設） | 2 g |
| 藍色靛藍 1 莫耳的重量 | 約 262 g |
| 室溫下氣體 1 莫耳的體積 | 約 24 L |
| 空氣中氧的比例 | 約 0.21（21%） |
| 靛藍的量（莫耳） | 2 ÷ 262 ≒ 0.0076 |
| 所需氧的量（莫耳） | 0.0076 ÷ 2 ＝ 0.0038 |
| 氧的體積（L） | 0.0038 × 24 ≒ 0.091 |
| 所需空氣的體積（L） | 0.091 ÷ 0.21 ≒ 0.43 |
答案約 0.43 L，比大人安靜吸一口氣的空氣量（約 0.5 L）還少。房間裡的空氣多上好幾萬倍，所以氧不會不夠。變藍要花幾十秒，被認為不是氧的量不夠，而是氧要花時間才能到達線縫隙的深處。
高中高中＋把氧化還原看成氫的交換
高中高中化學把氧化還原當作電子的交換來學。可溶靛藍，是藍色靛藍接收了 2 個電子和 2 個氫離子的形態。在空氣中，氧接收這些電子，生成水。符號的意思是：C 是碳、H 是氫、N 是氮、O 是氧原子。
高中＋可溶形態的靛藍稱為「隱色體（leuco form，意思是白色的體）」。在鹼性液體中，它會放出氫離子變成陰離子，因此能溶於水。用灰汁或石灰保持鹼性，就是這個原因。像這樣先變成可溶形態染色，再用空氣變回原樣的染法，稱為「還原染色（vat dyeing）」。
大學為什麼是藍色，又為什麼不溶
靛藍的分子是平面的，分子內和分子之間都會形成氫鍵。分子堆疊並強力結合，所以難溶於水，也難溶於許多有機溶劑。它看起來是藍色，是因為分子強烈吸收 600 nm 附近的橙色光，剩下的光以藍色進入眼睛。被還原後，原本遍布整個分子的電子通道（共軛系統）在中途被切斷，吸收移向較短的波長，所以顏色變成淡黃色。在發酵建藍中，一般認為耐鹼的細菌把分解糖類等得到的電子交給了靛藍。
📖 算式的推導與更進階的內容：氧化還原反應（維基百科日文版） ／ 藍染（維基百科日文版）
研究目前還不太清楚的事
- 缸裡到底是哪些微生物，各做了什麼？ 從發酵建藍的染缸裡，已經找到好幾種能還原靛藍的細菌。不過哪種細菌在哪個階段是主角、又如何把電子交給靛藍，仍在研究中。
- 能不能把工匠「判斷狀況的方法」數值化？ 以液體顏色、泡沫、氣味判斷染缸狀態的技術，正在研究如何與酸鹼度和微生物組成連結。
- 對環境負擔較小的染法。 工廠使用的還原藥品會增加廢水的負擔。目前正在試驗用電或微生物來溶解靛藍的方法。
也就是說，這篇文章的內容，也只是「就目前所知範圍的說明」。在延續數百年的工匠技藝裡，仍有科學還沒追上的部分。
與課本的連結（依程度）
| 程度 | 科目・單元 | 本文的哪裡 |
|---|---|---|
| 國中 | 自然科（化學變化・氧化與還原） | 缸中是還原，空氣中是氧化 |
| 高中 | 化學（氧化還原・物質的量） | 反應式與所需空氣的計算 |
| 高中＋ | 化學（有機化合物・染料） | 隱色體與還原染色 |
| 大學 | 有機化學・染色化學・微生物學 | 氫鍵與共軛系統、發酵建藍的細菌 |
| 研究 | 應用微生物學・環境化學 | 染缸的微生物、環境負擔較小的還原 |
| ― | 與生活的連結 | 牛仔褲褪色、藍染體驗 |
- 維基百科日文版「藍染め」（藍染）
- 維基百科日文版「酸化還元反応」（氧化還原反應）
- Jenny Balfour-Paul, Indigo: Egyptian Mummies to Blue Jeans, British Museum Press
- 吉岡幸雄『日本の色辞典』（日本傳統色辭典）紫紅社, 2000
- Yumoto I. 等, Alkalibacterium psychrotolerans sp. nov., International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology, 2004（從藍發酵液中發現細菌的報告）
※本文是給一般讀者的科學解說。文中數值是為了理解原理而給的參考值與概算。藍染缸的液體是鹼性的。體驗時請遵照工坊的指示。