VIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Цвет настроения синий
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Берлинская лазурь, французский синий,
И бирюза, и русский голубец,
И тёмный кобальт Гжели, наконец,
Себя в небесных сводах воплотили.
Мы – Калиновская Анна и Кузейкина Виктория – уже 3 года обучаемся в художественной школе № 6 имени Акцыновых. В этом учебном году мы начали изучать химию, обучаемся в биолого-химической группе по углубленной предпрофильной программе. Мы любим рисовать, и нам нравится изучать химические реакции. Именно поэтому в своей работе мы решили объединить приятное с полезным и изучить пигменты, входящие в состав художественных красок.
Актуальность: работа позволяет по-новому взглянуть как на химию, так и на искусство. Те, кто увлекается искусством, поймут, что искусство не существует без науки. Ведь для их творений нужны вещества, получаемые в результате химических реакций. Те, кто увлекаются химией, приобретут знания в области искусства. Ведь любой эксперимент должен иметь практическое применение или направленность.
Цель: Ознакомление с пигментами художественных красок и изучение свойств искусственных неорганических пигментов на примере берлинской лазури.
Задачи:
Изучить научно–популярную, учебную литературу по теме исследования.
Получить и сравнить свойства берлинской лазури и турнбулевой сини и их отношение к действию щелочей.
Сравнить свойства пигмента берлинской лазури с неорганическим пигментом лазурью, в составе акварели.
Гипотеза: искусственные неорганические пигменты, полученные в лабораторных условиях, не уступают по свойствам пигментам, приобретенным в магазине.
Объект – пигменты.
Предмет исследования – неорганический пигмент берлинская лазурь.
Методы исследования –
поиск информации в сети интернет и печатной продукции;
эксперимент.
Новизна заключается в объединении знаний по химии и искусству, которые дают возможность получить необходимые пигменты для изготовления красок без выхода в магазин.
Литературный обзор
1.1 История открытия пигментов на примере открытия берлинской лазури
Появление красок и рисование, относится к доисторическим временам. Краски были известны задолго до того, как появились письменные сообщения о них. Красочные изображения на стенах пещерных жилищ до настоящего времени сохранились в относительно хорошем состоянии. Некоторые из них существовали за 15 000 лет до н.э. Таким образом, можно считать, что появление красочных веществ было одним из первых открытий на заре цивилизации.
Некоторые краски долгое время оставались баснословно дорогими. Синюю краску ультрамарин получали из ляписа, который везли из Ирана и Афганистана. Этот минерал стоил так дорого, что художники использовали ультрамарин лишь в исключительных случаях, если заказчик соглашался заплатить за краску заранее.
В 1704 году немецкий химик Дисбах пытался усовершенствовать красную краску, но вместо этого получил синюю краску, весьма похожую на ультрамарин. Ее назвали "берлинская лазурь". Дешевый способ, которым была получена железная лазурь, а также ее устойчивость к кислотам, насыщенность оттенка и широта использования сулили огромные прибыли производителю. Неудивительно, что Дисбах сохранил в тайне, как производится берлинская лазурь. Ультрамарин оставался идеалом, но он все еще был дьявольски дорог, а его поставки не отличались регулярностью. В распоряжении художников были еще кобальтовое стекло, бременская синь, азурит и даже индиго, но все они слегка отдавали в зелень, обладали не лучшей кроющей способностью, а на полотне не отличались надежностью[483]. Берлинская лазурь стала откровением. Интенсивный, холодный тон с потрясающей глубиной и способностью создавать обертона вдобавок прекрасно взаимодействовал со свинцовыми белилами и в комбинации с желтыми пигментами давал превосходный устойчивый зеленый.
В своей энциклопедии пигментов 1835 года Джордж Филд писал, что пигмент берлинская лазурь «очень современный», «глубокий и мощный… насыщенный и достаточно прозрачный»[484].
Точная формула пигмента оставалась тайной до 1724 года, когда английский химик Джон Вудворт опубликовал методику изготовления берлинской лазури в журнале Philosophical Transactions of the Royal Society[485]. К 1750 году ее производили по всей Европе. В отличие от многих других пигментов того периода (и несмотря на слово «цианид» в ее химическом описании) берлинская лазурь не токсична, а стоит в десять раз дешевле ультрамарина. И все же берлинская лазурь не была лишена недостатков — под воздействием сильного прямого света и щелочей она обесцвечивается. У. Линтон, автор вышедшей в 1852 году книги Ancient and Modern Colours («Древние и современные цвета»), признавая ее «богатым и пленяющим колориста пигментом», говорил, что «на нее нельзя положиться», в то же время сетуя, что без нее было сложно обойтись[486].
Берлинская лазурь - синий пигмент с поэтичным названием используется как краситель, носит разные названия, каждое из которых красивее предыдущего. Лазурь парижская и железная, синь железная и гамбургская, прусская синь, милори. Это лишь малая часть названий, под которыми данное вещество встречается.
Берлинская лазурь имеет множество оттенков от лазурного до темного, насыщенного синего. Причем чем большее количество ионов калия содержится, тем светлее будет цвет. Укрывистость берлинской лазури разная и зависит от оттенка. Берлинская лазурь не растворяется в воде, содержит цианистую группу, но при этом абсолютно безопасна для здоровья и не ядовита даже при попадании в желудок, не выцветает под действием солнечных лучей. Выдерживает нагревание до 180°C и стойка к воздействию кислотами. Но практически мгновенно разлагается в щелочной среде. Поэтому берлинскую лазурь нельзя использовать во фресковой технике живописи и не подходит для окраски штукатурки.
Этот цвет можно найти в работах таких разных художников, как Уильям Хогарт, Джон Констебль, Ван Гог и Моне. Его охотно использовали японские художники и ксилографы. Берлинской лазурью пользовался Пикассо в своем «голубом периоде» в первые годы XX века — ее прозрачность позволила художнику придать холодную глубину меланхолии, овладевшей им после смерти друга. Она и сегодня в фаворе: плоскостная топографическая скульптура Аниша Капура («Крыло в сути всех вещей»), созданная в 90-е годы XX века, сделана из сланца, окрашенного в берлинскую лазурь.
Этот пигмент постепенно подчинил и другие отрасли: уже давно берлинскую лазурь используют при производстве обоев, строительных и текстильных красок. Джон Гершель, английский химик, астроном и фотограф XIX века, разработал технологию ее использования со светочувствительной бумагой, что позволяло делать своего рода протоксерокопию. В результате получались изображения — белые контуры на синем фоне, которые называли «синьками»; это слово стало синонимом инженерного чертежа. Берлинская лазурь встречается как в коллоидной, так и в нерастворимой форме. Нерастворимая является полупроводником. Недавно было открыто еще одно интересное свойство кристалла — при охлаждении до 5,5°K он становится ферромагнетиком. Берлинская лазурь также используется как антидот при отравлении солями таллия и радиоактивного цезия — она препятствует поглощению этих ядов организмом. Единственный побочный эффект лечения берлинской лазурью — тревожный синий цвет испражнений.
Чудо, что такое вещество смогли получить совершенно случайно. Как заметил французский химик Жан Элло в 1762 году: «Нет, наверное, ничего более любопытного и занятного, чем процесс получения берлинской лазури, и если бы не тот счастливый случай, для открытия этого соединения пришлось бы создать фундаментальную теорию».
Неорганические пигменты
Самая множественная группа пигментов – неорганические пигменты. Внешне, неорганический пигмент выглядит как цветной порошок. Данный пигмент плохо растворяется в воде. Пигмент получают из минерального сырья, глины, известняка. В производстве пигментов используют температурную и химическую обработку.
Качество неорганического пигмента определяют его свойства. Неорганические пигменты обладают хорошей кроющей способностью, полностью перекрывают цвет неокрашенной поверхности, препятствуют появлению коррозии на поверхности. Учеными были изобретены новые неорганические пигменты, которые обладают уникальными свойствами. Новые пигменты способны выдерживать температуры до 400°С, не подвергаются воздействию солнечных лучей, имеют высокое содержание цвета, не содержат опасных токсинов.
Экспериментальная часть
Итак, мы решили получить пигменты берлинскую лазурь и турнбулеву синь в лабораторных условиях, сравнить их свойства и попробовать нарисовать ими рисунок.
Для эксперимента нам понадобились:
Химические стаканы – 4;
Стеклянные воронки – 2;
Фильтровальная бумага;
Шпатели – 4;
Растворы: хлорида железа (III), сульфата железа (II), красной (гексацианоферрата(III)калия) и желтой (гексацианоферрата(II)калия) кровяной солей.
Для промывания и получения коллоидного раствора пигмента использовали дистиллированную воду.
Получение пигмента
Мы получили пигмент разными способами: Анна использовала растворы красной кровяной соли и сульфата железа (II), Виктория – растворы желтой кровяной соли и хлорида железа (III). В результате химических реакций образовались осадки синего цвета: у Анны – турнбулева синь, у Виктории – берлинская лазурь. Полученные осадки профильтровали, промыли небольшим количеством воды. Осадки с фильтра с небольшим количеством воды перелили в кристаллизаторы. Оставили на несколько суток для высыхания. Использованные фильтровальные бумаги с остатками турнбулевой сини и берлинской лазури поместили в стаканы и залили водой. Образовались коллоидные растворы. Осадок Анны оказался чуть светлее.
Цвета берлинской лазури и турнбулевой сини не отличаются друг от друга. Это отчасти подтверждает, что данные вещества имеют один и тот же химический состав.
(Окончательно тот факт, что «берлинская лазурь» и «турнбулева синь» — это одно и то же вещество, был установлен только в XX веке, когда в 1928 году были измерены магнитные моменты этих соединений, а в 1936 году получены их рентгенограммы)
Берлинская лазурь в избыточном количестве воды образует коллоидный раствор.
Более светлый оттенок пигмента обусловлен большим содержанием ионов калия.
Нанесение пигмента на рисунок
Каждая из нас выполнила рисунок и нанесла на одну его половину краску, на другую – полученный пигмент.
Берлинская лазурь легко разводится водой, ложится на рисунок легко. Укрывистость берлинской лазури разная и зависит от оттенка, растрескивания отсутствуют. Однако пигмент пачкает руки. По нашим предположениям это связанно с тем, что мы использовали чистый пигмент, а не акварель на клеевой основе.
Испытание пигмента действием щелочи
Правый нижний уголок рисунка Виктории и левый нижний уголок рисунка Анны «Морские русалки», раскрашенные пигментом, полученным в результате эксперимента, обработали слабым раствором щелочи – гидроксидом калия (выделены оранжевыми четырехугольниками). Цвет пигмента изменился, стал коричневатым и молочным соответственно.
Берлинская лазурь неустойчива к действию щелочей.
Результаты эксперимента
Мы отчасти убедились в том, что берлинская лазурь и турнбулева синь – одно и то же вещество. Пигмент имеет преимущества и недостатки.
Преимущества: имеет множество оттенков от лазурного до темного, насыщенного синего; легко наносится; не растрескивается; укрывистость разная и зависит от оттенка; по данным медицинских работников безопасна для здоровья и не ядовита даже при попадании в желудок.
Недостатки: пачкает; к действию щелочей неустойчива.
Выводы
Цвета берлинской лазури и турнбулевой сини не отличаются друг от друга и имеют один и тот же химический состав.
Берлинская лазурь неустойчива к действию щелочей.
Наша гипотеза о том, что искусственные неорганические пигменты не уступают по свойствам неорганическим пигментам, полученным в химической лаборатории, подтвердилась.
Заключение
Проделанная нами исследовательская работа позволила связать наше хобби с наукой химией. Мы ознакомились с информацией о видах пигментов и необычных способах открытия некоторых из них. Изучили классификацию солей и научились составлять формулы комплексных солей на примере берлинской лазури и турнбулевой сини.
Выполняя экспериментальную часть работы, мы научились технике выполнения эксперимента и повторили правила безопасности в химической лаборатории.
Практическая значимость: в ходе исследования мы получили пигмент, которым можно раскрашивать рисунки, качество которого не уступает покупным краскам, а, значит, нет необходимости их покупать.
Мы хотели бы продолжить работу по изготовлению различных типов красок на основе пигмента берлинской лазури и более точно определить их достоинства и недостатки.
Список использованных источников и литературы
Кузнецова, Н.Е.Химия 11 класс, ч.1/Кузнецова Н.Е, Литвинова Т.Н., Левкин А.Н. – М.: Вентана-Граф, 2008. – 206 с.
Ручко, А. История краски – от пещеры до современного фасада/ https://www.proza.ru/2008/06/13/406
Сен-Клер, К. Тайная жизнь цвета/К. Сен-Клер. – М.: Бомбора, 2018. - 320 с.
Справочник химика 21/Берлинская лазурь реакция. https://www.chem21.info/info/1399427/
Титова, И.М. Химия и искусство. Организатор-практикум/И.М.Титова. – М.: Вентана-Граф, 2007. -144 с.
https://ru.wikipedia.org/wiki/Берлинская_лазурь.
Энциклопедия Кругосвет. Лазурь берлинская/ https://www.krugosvet.ru/enc/himiya/lazur-berlinskaya
Приложение №1
Фотоматериалы экспериментальной части исследовательской работы
6.1. Приготовление раствора красной кровяной соли.
6.2. Получение берлинской лазури взаимодействием красной кровяной соли с сульфатом железа (II).
6.3. Приготовление раствора желтой кровяной соли.
6.4. Получение турнбулевой сини взаимодействием желтой кровяной соли с хлоридом железа (III).
6.5. Фильтрование полученных твердых осадков.
6.6. Полученные осадки в кристаллизаторах
6.7. Рисунки с нанесенными на них акварельными красками и пигментом. Испытание щелочью – гидроксидом калия.
6.8. Пигмент не устойчив к действию щелочей в отличие от акварельной краски.
Посещение культурно-выставочного центра «Радуга» г.Чебоксары Чувашской Республики
Это мы – Кузейкина Виктория и Калиновская Анна (слева направо)