Получение пигментов в лабораторных условиях

Муниципальное автономное образовательное учреждение

«Медико-биологический лицей» г. Саратова

Проект по химии на тему:

«Получение пигментов в лабораторных условиях»

Выполнил: ученик 10 «А» класса Коновалов Тимофей

Руководитель проекта: Шилина М.С.

Саратов 2023г.

Содержание

Введение

Краски привносят в жизнь яркость, они  наполняют каждый наш день и дарят нам ощущение счастья от пребывания в разнообразном цвете. Роль красок сложно переоценить. Мы видим результат их использования во многих сферах нашей жизни: от живописи картин, написанных великими художниками, до крашеных фасадов домов и заборов. И я задумался над вопросами: как появились краски? Какой исторический путь они прошли? Как изменилась техника их изготовления? Возможно ли, самостоятельно изготовить качественные краски?

Актуальность работы:

С раннего детства я люблю рисовать, в особенности акварельными красками, и очень часто своё свободное время провожу за этим делом. Я считаю, что рисование — это не только увлекательное, но и очень полезное занятие, которое помогает выразить свои мысли, чувства и эмоции. Человек всегда стремился найти способ разукрасить действительность, однако, о самих красках мы знаем чрезвычайно мало. Поэтому я и решил реализовать свой проект.

Объектом исследования являются краски.

Предметов исследования является сырьё для красок.

На основании вышеизложенного сформулирована следующая цель исследования: установить качественный состав акварельных красок. Определить преимущества и недостатки красок, изготовленных самостоятельно.

Гипотеза исследования состоит в том, что краски можно изготовить самостоятельно в лабораторных условиях, без использования промышленного оборудования, полученные краски по свойствам не будут уступать магазинным.

Проверка истинности гипотезы предполагает выполнение следующих задач:

1. Провести литературный обзор
2. Изготовить краски самостоятельно в лабораторных условиях
3. Определить свойства красок, сделанных в лабораторных условиях
4. Нарисовать рисунок полученными красками 

В исследовании были использованы следующие методы:

1. Робота с книгами и энциклопедиями 
2. Поиск информации в сети Интернет
3. Эксперимент

Глава 1. Исторический путь красок

Для своей работы, я изучил три цвета – это синий, зеленый и желтый, так это спокойная естественная комбинация, которая часто встречается в живой природе. Сине-желто-зеленая гамма составлена из родственных цветов: они друг за другом расположены на цветовом круге Иттена. 

И так, на первом этапе своей работы я обратился к книгам Мишеля Пастуро. 

В книге «Жёлтый. История цвета» было сказано, что одним из самых популярных пигментов древнего мира была желтая охра. Её можно встретить и в наскальной живописи и в керамике эпохи древнего палеолита.  Дело в том, что этот цвет давала земля глинистых пород, и его было легко добывать. 

Очень долгое время в качестве натурального  красителя использовали шафран  — пряность, изготавливаемая из рыльцев цветка Крокуса.  Несколько веков назад он был настоящим сокровищем, потому что для выращивания Крокуса требуются особые природные условия: высокая влажность в период вегетации и засушливая жара в период цветения. 

Также в качестве желтого пигмента использовали массикот (оксид свинца II). Его можно найти как природный минерал и в прошлые века его добывали. В настоящее время массикот образуется при промышленной переработке свинца и оксида свинца.

Художники-акварелисты, в XIX веке, очень любили пигмент индийский желтый. Он был очень ярким, поистине солнечным пигментом.  Говорили, что его делают из мочи коров, которых кормили исключительно листьями манго. Но был проведен полный химический анализ и в составе не обнаружили следов аммиака или азота (которые должны были быть в составе, если пигмент действительно произведен из мочи парнокопытных). И происхождение этого пигмента всё ещё остаётся загадкой.

В книге «Синий. История цвета» говорится о том, что раньше почти всю синюю краску добывали из полудрагоценного минерала лазурита. В эпоху возрождения этот пигмент называли королевским синим или ультрамарином. Добыча и переработка минерала с VI века велась почти исключительно в Афганистане. Импортированный на европейский рынок через Венецию, он стоил в золоте пятикратно своему весу. Пигмент использовали экономно и часто берегли для дорогих покровителей.  

Однако, в конце эпохи барокко, в середине XIX века, появилась берлинская лазурь.  Это получилось случайно, в результате неудачного производства. Генрих Дисбах, производитель краски, спешил сделать партию красного пигмента. В своем производстве он использовал поташ (карбонат калия К2СО3). А ранее он был прокален в сосуде, в котором была бычья кровь. Таким образом, в поташе появилась «Жёлтая кровяная соль» (Гексацианоферрат калия). И при её окислении в осадок выпало синее вещество глубокого оттенка. Дисбах и алхимик Диппель, с которым он работал, быстро поняли коммерческий потенциал этого пигмента и начали быстро его производить, продавая художникам при прусском дворе. 

Натуральный голубой краситель крайне редко встречается в природе, но на рисунках в средневековых книгах он есть. С помощью метода химического анализа ученые выяснили, что голубая акварель тогда делалась из плодов хрозофоры красильной (Chrozophora tinctoria).

Из книги «Зеленый. История цвета» можно узнать о том, что раньше зеленую краску получали из малахита, зеленой глины, сока ириса и порея. Процесс был долгим и несовершенным, оттого краска стоила дорого, либо плохо ложилась и быстро отслаивалась. 

Конечно, самым простым способом получения зеленой краски было смешивание синей и желтой. Но в среде художников это не приветствовалось. Они считали этот способ чересчур легким, противоестественным и недостойным истинного художника. 

И массово использовать этот способ начнут только в XVII веке, благодаря Ньютону, которому удалось разложить белый луч света на несколько разноцветных лучей при помощи призмы. И если до открытия ученого в цветовой последовательности зеленый цвет располагали между красным и синим, то теперь он занял своё правильное место по соседству между желтым и синим. Но тем не менее открытие спектра не может мгновенно изменить правила работы с красками, давно сложившиеся в среде художников.

Глава 2. Состав красок

Все краски можно разделить на две группы: минеральные (оксиды металлов или неорганические соли) и органические (вещества растительного или животного происхождения). Обе категории могут быть как искусственными, так и природного происхождения. 

Любая краска состоит из четырех основополагающих компонентов:

1. Красящие пигментированные частицы
2. Основное связующее вещество
3. Растворители 
4. Специальные добавки

Все вышеперечисленные компоненты оказывают своё уникальное влияние на различные параметры краски.

Связующее вещество служит в краске пленкообразователем. Именно оно, по мере высыхания покрывает поверхность прочным слоем, сохраняющим пигмент. В  роли связующего вещества часто применяются: клей, природная смола, полимерные добавления, углеводородные соединения растворимые в жидких средах. 

Растворители необходимы для уменьшения вязкости краски, что упрощает работу с кистью и делает удобным нанесение краски на поверхность. Растворители выбирают в связке со связующим веществом. В основном это: водные, масляные, эфирные и спиртовые.

Специальные добавки используют в красочных составах, чтобы модифицировать структуру и усилить матовость. В основном их используют для производства термоустойчивой краски, применяемой в гончарных мастерских.

Глава 3. Практическая часть работы

Для своей работы, я получал и использовал три цвета: синий, зеленый и желтый.

Изготовление берлинской лазури

• Готовим 100 мл 1М раствора хлорида железа(III) (FeCl₃) и 75 мл раствора желтой кровяной соли (K4[Fe(CN)6]).
• Полученный раствор хлорида железа переливаем в колбу и нагреваем до 60-70С,  прибавив немного соляной кислоты,  чтобы при нагревании не выпадал осадок гидроксида железа(III).
• В другом стакане нагреваем  до такой же температуры раствор желтой кровяной соли.
• В третьем стакане емкостью 300 мл нагреваем 50 мл воды.
• Затем оба раствора сливаем тонкими струями в стакан с чистой водой при тщательном перемешивании.
• После того как растворы слиты, их нужно мешать в течение 10 минут, а затем оставить до следующего дня.
• Когда краска осядет, раствор сливаем, фильтруем и промываем осадок.
• Высушиваем осадок при температуре не выше 100С.

4FeCl3 + 3K4[Fe(CN)6] = Fe4[Fe(CN)6]3↓ + 12KCl

Изготовление малахитовой зелени

• В фарфоровой ступке равномерно смешиваем  125г медного купороса (CuSO4 · 5H2O) и 95г пищевой соды  (NaHCO3).
• Полученную смесь вносим небольшими порциями при быстром перемешивании в емкость с горячей водой.
• В результате выделяется СО₂ , раствор вспенился
• В конце реакции смесь кипятим 10-15 минут. Получается быстро оседающая суспензия основного карбоната меди (II).

2CuSO4 + 4NaHCO3 = CuCО3·Cu(OH)2 + 2Na2SO4+3CO2 + H2O

Изготовление баритовой желтой

• К 100 мл раствора хромата калия (K₂CrO₄) приливаем 100 мл 1М раствора хлорида бария (BaCl₂).
• Образовавшийся осадок промываем, отфильтровываем.
• Оставляем осадок  до полного высыхания.

K2CrO4 + BaCl2 = 2KCl + BaCrO4

Полученные пигменты я смешал с двумя растворителями: подсолнечным маслом и водой. При добавлении подсолнечного масла краска не получилась.  А при добавлении воды они приобрели свойства акварельных красок. И с их помощью, я смог создать несколько работ.

Глава 4. Итоги исследования

Изучив литературные источники, я выяснил, что история красок началась вместе с появлением человека.  Как правило, краски состоят из пигмента, связующего вещества и растворителя. Приготовить некоторые краски можно в лабораторных условиях. Полученные мною краски не хуже по качествам и по консистенции тех, что мы покупаем в магазинах. У полученных красок есть несколько несущественных недостатков:

• процесс получения достаточно трудоемкий;
• полученный пигмент может быть тусклым. Из-за этого цвет краски будет блеклый и невыразительный.

Следовательно, моя гипотеза – не подтвердилась. У изготовленных красок свойства хуже, чем у магазинных.

Заключение

Проводя свое исследование, я изучил исторический путь красок, отношение к ним в разные эпохи. А также, установил их качественный состав.

Работая, над этой темой я смог:

• самостоятельно изготовлять краски в лабораторных условиях
• создать рисунки полученными  красками

В результате исследования я проверил свою гипотезу и опроверг её в проекте. Использованные методы помогли мне достичь цели.

  В дальнейшем я хотел бы продолжить работу над своим проектом, улучшить качество, создаваемых мною красок. А также, создавать краски других цветов и оттенков с использованием других связующих веществ и пигментов.

Список использованных источников

1. Мишель Пастуро: Желтый. История цвета. — М.: Новое литературное обозрение, 2022
2. Мишель Пастуро: Синий. История цвета. — М.: Новое литературное обозрение, 2022
3. Мишель Пастуро: Зеленый. История цвета. — М.: Новое литературное обозрение, 2022
4. «Производство красок» [Электронный ресурс]. – Режим доступа:  https://www.chemistry-expo.ru/ru/ui/17157/
5. «ЛакПром» [Электронный ресурс]. – Режим доступа:  http://lkmprom.ru/clauses/tekhnologiya/poluchenie-berlinskoy-lazuri/