Раздел "Неорганическая химия"
Зал 30. Краски из соединений металлов
Авторы экспозиции: Король Ксения 9 "Б"
Тищенко Элина 9 "Б"
Дарья Иванова 9"Б"
Задание
Мир вокруг нас такой нарядный и яркий! Конечно, прежде всего, это цвета природы. Но и человек вносит многоцветную гамму оттенков в пестрый наряд мира. Для окраски разных материалов человечество создало свои красители. Самые древние из них - минеральные пигменты. Знаете ли вы, что даже по прошествии веков и тысячелетий не утратили свою первоначальную стойкость и яркость краски древних египтян, иудеев, греков и других древних племен? Как? Чем они рисовали?
Какие соединения металлов возможно применять в качестве красителей и где?
Начнём с того, что такое краски.
Краски — общее наименование для группы цветных красящих веществ, предназначенных для непосредственного использования в той или иной сфере быта. По химическому составу пигменты и изготовленные из них краски разделяются на минеральные (неорганические соли или оксиды металлов) и органические, на которых мы останавливаться не будем, но поговорим про оксиды металлов.
Красиво окрашенные минералы привлекали внимание человека с древнейших времён. Их использовали не только в качестве украшений, но уже в глубокой древности научились делать из некоторых из них краски. По прошествии веков и тысячелетий не утратили свою первоначальную яркость и стойкость краски древних египтян, иудеев, греков и других племён и народов.
Первыми минеральными красителями стали многоцветные природные охры (гидроксид железа), лазурит (ляпис-лазурь) (силикат) и киноварь (сульфид).
Охра:
Лазурит:
Первый Бадахшанский лазурит для красок доставлялся Большим Караванным Путём в средневековую Европу, а оттуда в Византию и в Россию, и был так высоко ценим, что обменивался по весу 1:1 на золото.
Киноварь:
Где используются?
В иконописи. В истории развития русской культуры, в искусстве церковной иконописи минеральные краски заняли своё особое и очень важное место. В силу их многих уникальных качеств и в наши дни, несмотря на огромное предложение и ассортимент синтетических красителей и подкрашенных акрилом глин, иконописцы не без оснований отдают предпочтение и пользуются минеральными пигментами в силу их стойкости, природной взаимной сочетаемости, мягкости и благородству оттенков.
Для качества минеральной краски весьма существенна степень кристалличности исходного сырья. Кристаллическое сырьё при измельчении даёт в различной степени просвечивающие осколки или мелкие кристаллики. В зависимости от их размеров, формы, ориентировки, степени просвечиваемости, а также оптических свойств, создаются некоторые дополнительные (к собственному цвету краски) эффекты: глубина, блеск, бархатистая игра света и т. д. Поэтому, например, не случайно древние иконописцы добавляли киноварь в чёрную краску, что создаёт поразительный эффект внутреннего свечения, когда в рисунке фрагмент или деталь черного цвета, цвета бездонной пустоты, приобретает глубину и объемность, неожиданно словно оживает, и кажется, что будто бы от него исходит свет.
Икона Богоматери. XVI век
В керамике. В качестве пигментов для керамики издревле использовали минеральные краски, начиная с наиболее распространенного в природе оксида железа. С развитием керамической технологии пигменты стали производить из нескольких оксидов. Оказалось, что окрашенных или способных окрашиваться при реакции с окрашенным оксидом кристаллических веществ не так уж много. Это тугоплавкие оксиды (алюминия, циркония), шпинели - так называемые "двойные" оксиды, гранаты - "тройные" оксиды, силикаты. Среди них наиболее ценны вещества с высоким показателем преломления, так как цвет покрытия зависит от отражающей способности кристалла пигмента в прозрачной матрице стекла глазури. Именно на их основе синтезируют сейчас пигменты для производства керамических красок. В качестве окрашивающих оксидов, вступающих в соединение с основой (силикатом, оксидом и т.д.), применяют в основном соединения переходных металлов - железа, никеля, хрома, кобальта и др.
Примеры цветов, получаемых из минералов:
На рисунке показаны выкраски наиболее часто используемых в иконописи минералов (снизу вверх по часовой стрелке):
1. Гематит - "сметанник" ("мафорный").
2. Гематит - "кровавик" (кусковой, прокаленный)
3. Киноварь
4. Реальгар
5. Вад
6. Лимонит
7. Ярозит
8. Аурипигмент
9. Вивианит
10. Лазурит (непрокаленный).
11. Азурит (старое название - "голубец").
12. Диоптаз
13. Малахит
14. Хлорит
15. Глауконит (железистый, "холодный").
16. Глауконит (магнезиальный, "тёплый").
Оксиды, употребляющиеся в изготовлении красок: гётит, гематит, лимонит, оксиды марганца (псиломелан, тодорокит, вад), магнетит.
Гётит: FeO(OH)
Гематит: Fе2О3 (красный железняк)
Лимонит: FeOOH·(Fe2O3·nH2O)
Магнетит: FеFе2O4
Псиломелан: mMnO·MnO2·nH2О
Тодорокит: (Mn,Mg,Ca,Ba,K,Na)2Mn3O12·3H2O
Вад: MnO2*nH2O
Сульфаты: ярозит, барит (баритовые белила).
Ярозит: KFe(III)3(SO4)2(OH)6
Барит: BaSO4
Элит: Pb4Cu(SO4)(OH)6
Фосфаты: вивианит, керченит (разновидность вивианита, поэтому химическая формула такая же, как у вивианита), дельвоксит.
Вивианит: Fe3(PO4)2·8H2O
Керченит:
Дельвоксит: Fe4(PO4)2(OH)6•nH2O
Хроматы, молебденаты
Крокоит: Pb(CrO4)
Вульфенит: Pb[MoO4]
Карбонаты: церуссит (природные свинцовые белила), малахит, азурит, сидерит
Церуссит: РbСОз
Малахит: СuСО3(ОН)2
Азурит: Сu3[ОН/СО3], или 2СuСО3*Сu[ОН]2
Сидерит: FеСО3
Сульфиды: киноварь, аурипигмент, реальгар
Киноварь: HgS
Аурипигмент: As2S3
Реальгар: As4S4
Силикаты: лазурит, глауконит, волконскоит, хлориты, амфиболы(рибекит), эгирин, авгит.
Лазурит: Na8[AlSiO4]6[SO4, S]2
Волконскоит: CaО3(Cr,Mg,Fe)2(Si,Al)4O10(OH)24H2O
Глауконит: K<1(Fe3+, Fe2+, Al, Mg)2-3[Si3(Si, Al)O10] [OH]2·nH2O
Источники информации
1. Габриелян О.С. Химия. 9 класс: учебн. для общеобразоват. учреждений. - М.:Дрофа, 2012. - 270 с.
2. Природные пигменты из минералов и их использование в церковном искусстве [Электронный ресурс]. Режим доступа http://www.catalogmineralov.ru/cont/149.html#
3. Керамические краски и их использование [Электронный ресурс]. Режим доступа http://www.abitura.com/historic_physic/kraski.htm
4. Пигмент - краска - виды пигментов [Электронный ресурс]. Режим доступа http://shedevrs.ru/materiali/180-pigment.html?start=1
5. Каталог минералов [Электронный ресурс]. Режим доступа http://www.catalogmineralov.ru/mineral/431.html
Информацию подготовили Король Ксения и Тищенко Элина, иллюстрации к тексту подготовила Иванова Дарья, задания по теме подготовили Дарья Иванова, Король Ксения и Тищенко Элина.
© Иванова Дарья, Король Ксения, Тищенко Элина, 2014