Проект "Химия красок"

Муниципальное общеобразовательное учреждение

«Гадалейская средняя общеобразовательная школа»

Химия красок

Исследовательская работа

по химии

Выполнила:

Чумакина Алина,

ученица 8 класса

Руководитель:

Миронова Альбина Николаевна,

учитель химии

Гадалей, 2018

Оглавление

Введение..…………………………………………………………………….. 3-4

1. Основная часть…………………………………………………………....……5-13

1.1. История красок……………………...…...…...………………………………5-8

1.2.Многообразие современных красок……………………….. ……………. 9- 10

1.3. Состав красок ………………………………………………………………11-13

2. Практическая часть .. .…….14-15

2.1. Получение красок в лаборатории 14

2.2.Выполнение композиции своими красками 15

3. Заключение 16

Список литературы……...……………………………….….……………………..17

Приложения………………………………………………………………………….18

Введение

Человек всегда тянулся к красоте. Еще в глубокой древности он пытался красить свою одежду и предметы быта. Для ритуалов человек раскрашивал свое лицо и другие части тела. Краски в нашей жизни занимают огромную нишу. По сути, вся наша жизнь пронизана красками. При этом чаще всего мы их даже не замечаем – игрушки, автомобили, велосипед имеют цветное покрытие. Наша одежда разноцветна, полы и стены нашего дома окрашены, фасад покрыт краской. Сегодня мы констатируем повышенный спрос на лакокрасочную продукцию. Изменяются требования к свойствам используемых красок – экологичность, устойчивость к воздействию повышенных температур, к атмосферным осадкам, выгоранию под действием света, скорость высыхания и т.д.

Актуальность темы заключается в практической ценности красок и применимости в разных сферах жизни:

-во-первых, в искусстве и искусствоведении как теоретическая база к анализу времени создания и определения авторства полотен, исследованию их свойств;

-во-вторых, исследование красок раскрывает картину состояния развития химии и химической практики в определённый момент времени, что предоставляет неоценимые сведения для истории и дальнейших исторических исследований;

-в-третьих, используя теоретические сведения о составе пигментов, можно сделать вывод об их практическом использовании в жизни человека

Цель: изучить химический состав красок и изготовить их в школьной лаборатории.

Задачи:

1.Собрать информацию об истории красок.

2.Исследовать способы изготовления пигментов и красок.

3.Провести опыты и получить красящие химические вещества.

Гипотеза: работая только с химическими реактивами, возможно получение красок в лабораторных условиях.

Объект исследования: краски–их состав,возникновение исвойства;

Предмет исследования – возможность получения красок самостоятельно.

Методы исследования:

• Изучение и анализ научной и научно-популярной литературы

• Эксперимент: физико-химические методы получения пигментов и красок на их основе химических веществ

• Обработка и анализ данных эксперимента

Немногие знают о том, что все краски: акварельные, масляные, гуашевые, темперные – изготавливают на одной основе на протяжении тысячелетий.

Основа всех красок – пигмент и связующее вещество. От того, на чем замешивают краски, и зависит получится она акварельной или масляной. А пигмент у всех красок один.

Краски существуют так давно, что невозможно сказать, когда и кем они были изобретены. Чем рисовали художники сотни лет назад? Почему их полотна сохранились до наших дней? Из чего они изготавливали свои краски? Можно ли сегодня самостоятельно в лабораторных или даже домашних условиях получить краски, и использовать их по назначению?

Именно эти вопросы легли в основу выбора темы исследования.

1. История красок

Краска– всякое вещество, служащее для крашения, для окраски во все цвета [ 4].

Краска - вещество, придающее тот или иной цвет предметам, которые оно покрывает или пропитывает [ 2].

Краски - общее наименование для группы цветных красящих веществ, предназначенных для непосредственного использования в той или иной сфере быта [ 7 ].

Интересно, как же появились краски?

Появление красок и рисование, относится к доисторическим временам. Археологи утверждают,чтокраскам 17000тысячлет. Когда человек увидел, что уголь оставляет след на стене пещеры, то стал рисовать углем. Но эти рисунки были недолговечны и легко стирались.Если бывсерисункибылинарисованыуглем,томыбыихинеувидели. И когда первобытный художник придумал соединить черный уголь, желтую охру и красную глину с жиром животных, тогда и появились первые краски на земле. С тех пор принципиально ничего не изменилось. Для придания рисункам более ярких цветов, использовали наши далекие предки и красную киноварь, и оранжевый сурик.

Угольки, копоть и сажа давали краскучерного цвета.

Шли тысячелетия. Человеку понадобились другие краски, более стойкие и яркие. Такие, которыми можно было бы разрисовывать щиты, выделанные кожи, раскрашивать головные уборы и оружие, а затем и первые ткани.

Желтую краскунаучились вырабатывать из коры барбариса, ольхи, молочая и шелковицы. Коричневую - из отвара луковой шелухи, оболочки грецких орехов, коры дуба, листьев хны. Для получения красного цвета пригодились некоторые ягоды.

Словом, у каждой из красок, которыми сегодня пользуются и взрослые и дети, есть своя длинная и удивительная история.

Пурпурный

В Древнем Риме багряную, пурпурную одежду мог носить лишь император. Дело в том, что пурпурная краска стоила очень дорого. Ее добывали с превеликим трудом из раковин средиземноморских улиток –багрянок. Десять тысяч раковин давали чуть больше грамма краски. А открыли эту краску около 4 тысяч лет назад. В наборах красок, можно увидеть еще один цвет – индиго.Так называется один из оттенков темно-синей краски.

Индиго, пожалуй, еще старше пурпура. Во всяком случае, ткани, окрашенные индиго, находили в гробницах фараонов, правивших несколько тысяч лет назад Древним Египтом.

Само слово «индиго» говорит о том, что родина краски – Индия. Долгое время никто не знал секрета ее изготовления.

А ведь кустарник, из листьев которого получали индиго, рос не только в Индии, но и во многих других странах.

Кармин.У этой краски своя любопытная история. Если пурпур обязан своим происхождением морской улитке, индиго – кустарнику, то кармин ведет свое начало от… насекомых. От крохотных тропических насекомых, которых называли «кошениль».

Представляете, сколько нужно наловить этой самой кошенили, величиной с божью коровку, чтобы обеспечить хотя бы одну красильню!

А ведь в те времена с Востока во все концы света уходили бесчисленные караваны с драгоценными красными шелками и тончайшей шерстью, окрашенной кармином.

В эпоху Возрождения у каждого мастера был свой рецепт разведения красок: одни замешивали пигмент на яичном белке, другие предпочитали казеин, а фламандец Ян ванЭйк ввел в обиход масляные краски. Он научился накладывать их тонкими слоями. Эта техника лучше всего передавала пространство, объем и глубину цвета.

В 1704 году немецкий химик Дисбах пытался усовершенствовать красную краску, но вместо этого получил синюю краску, весьма похожую на ультрамарин. Ее назвали "берлинская лазурь". Искусственные краски были существенно дешевле натуральных, но было одно немаловажное "но": они могли вызывать аллергию, а нередко и ухудшение здоровья. В 1870 году международное общество красильщиков решило выяснить, какие краски вредят здоровью. Оказалось, что таких красок нет, кроме одной: изумрудно-зеленой. Этой краской были покрашены стены в доме Наполеона на острове Святой Елены. Многие исследователи полагают, что он умер, отравившись парами мышьяка, которые исходили от обоев[ 5 ].

Так, если хорошие краски добывались с большим трудом и стоили очень дорого, то почему же сейчас красок сколько угодно и стоят они совсем дешево?

Химия. Теперь краски получают из каменноугольной смолы и других веществ. Оказалось, что в черном каменном угле можно разыскать все цветовое богатство матушки-природы. От старинных красок сегодня сохранились лишь звучные названия да удивительные истории.

Таким образом, можно считать, что появление красочных веществ было одним из первых открытий на заре цивилизации.

Для наскальной росписи в пещере Ласко (Франция) в качестве красок использовалась природная смесь минералов – охра. Оксиды и гидраты оксидов железа придавали краске красноватый или желтый цвет. Темные оттенки краски получали, добавляя к охре черный древесный уголь. Первобытные художники замешивали свои краски на животном жире, чтобы они лучше держались на камне. Полученная таким образом окраска долгое время оставалась липкой и влажной, так как животные жиры не так легко высыхают на воздухе с образованием твердой пленки, как современные краски. Следует, однако, отметить, что по существу эти примитивные краски очень похожи на современные и по составу, и по методу изготовления.

Несмотря на то, что появление красок относится к доисторическим временам, современная красочная промышленность создана сравнительно недавно. Пятьдесят лет назад в состав краски в основном входили: пигмент или смесь пигментов, льняное масло и скипидар в качестве разбавителя. Разбавитель был необходим для того, чтобы довести краску до нужной консистенции.

С тех пор многое изменилось в составе краски, и появились краски, обладающие большей прочностью и лучшими качествами, обеспечивающими легкость нанесения кистью, отсутствие следов от кисти и хороший розлив.

1.2.Многообразие современных красок

Благодаря современным технологиям в наше время производится огромное количество различных красок. Одни используются в строительстве, другие – для художественных работ. После применения одна окрашенная поверхность станет глянцевой, а другая матовой. Критериев классификаций красок очень много:

1. Классификация по составу связующего вещества:

-масляные (высыхающие растительные масла или олифы);

-известковые (известь) и силикатные (жидкий калийное стекло-силикат калия); -алкидные (алкидные смолы);

-водоэмульсионные(эмульсия, полученная из воды, пигментов и мельчайших частичек полимеров, выступающих в качестве основы, пребывающих в водной среде во взвешенном состоянии, при этом частицы эмульсии не растворены);

- акриловые (краски на основе акриловой кислоты, а точнее акриловой полимерной эмульсии (состоит из полиакрилов и полиметакрилов));

-силиконовые (силиконовые смолы); полиуретановые (полиэфирные смолы); эпоксидные (эпоксидные смолы).

1. Классификация по виду разбавителя:

-разводимые водой (акварельная);

- разводимые растворителями (масляные – бензин).

3. Классификация по области применения:

- строительные;

- для художественных работ;

- для промышленности.

4. Классификация по виду окрашенной поверхности:

-матовые - обеспечивают ровное, матовое покрытие, отлично скрывают небольшие дефекты поверхности;

-полуматовые - немного отличаются от матовых красок, присутствует малозаметный блеск, сравнимый с блеском яичной скорлупы;

-полуглянцевые – имеют умеренный блеск и обладают средней отражающей способностью;

- глянцевые - обладают высокой отражающей способностью, подчеркивают малейшие неровности поверхностей.

5. Классификация по основанию под окраску:

-дерево, металл, бетон, различные холсты, бумага.

6.Классификация по укрывистости:

-кроющиеиликорпусные (непросвечивающий слой);

-лессировочные (прозрачный или полупрозрачный слой)

7.Классификация по технике живописи:

-фреска (краски из минерального сырья, растертого на воде, наносят на сырую штукатурку из гашеной извести);

- энкаустика (краски со связующим веществом из натурального воска растапливают перед работой);

-темпера (связующие вещества – эмульсии: яичные, казеиновые, клеевые);

-масло (связующе из различных высыхающих растительных масел);

акварель, гуашь (краски на водной основе, предназначены для рисования на бумаге.[ 6 ].

1.3 Состав красок.

Краски образованы, как минимум, двумя обязательными компонентами – пигментом и связующим.

Пигмент (лат. pigmentum - краска) -нерастворимый в дисперсионныхсредах компонент наполненных композиционных материалов, способный образовывать с плёнкообразователями декоративно-защитные покрытия, придающий материалам непрозрачность, цвет, противокоррозийные и другие свойства. Нередко используется как синоним для неорганического красителя. Растворимые вещества, способные окрашивать другие материалы, называют красителями.

Пигменты разделяют по происхождению, химическому составу и строению на две основные группы: минеральные и органические.

Минеральные пигменты в свою очередь делятся на:

I.  Минеральные пигменты натурального происхождения. Нерастворимы в связующих и если растереть окрашивают только поверхность материала.

II. Искусственные минеральные пигменты. Данные пигменты получают искусственным путём при прокаливании или осаждении оксидов тяжёлых металлов, солей и др.

Органические пигменты подразделяют на:

III. Натуральные органические пигменты. Представляют собой экстракты растительных и животных красящих начал.

IV. Искусственные органические пигменты. Преимущественно изготавливаются из каменноугольного дёгтя.

В живописи применяются преимущественно минеральные пигменты.

Так же пигменты подразделяют на:

Ахроматические пигменты - определяют белую и черную окраски, а также всю лежащую между ними серую цветовую гамму.

Хромофоры – определяют остальной цветовой спектр. Зачастую хромофорами красок служат оксиды металлов. Например: массикот  - РbО (оранжево-желтого цвета), свинцовый сурик - Pb2PbO4 (Рb₃O₄ ) (красный),  красная охра - Fe₂O₃ в смеси с SiO₂ и А1₂О₃ (красный), синий кобальт -  СоО • А12О3 (зеленовато-синего цвета), зеленая хромовая - Сг₂О₃ (оливково-зелёный), цинковые белила – ZnO (белого цвета) и др.

Многие соли металлов, так же как и оксиды, являются пигментами художественных красок. Некоторые соли, использующиеся для изготовления красок и грунтов: гипс - CaSO₄•2Н₂О (белого цвета), свинцовые белила - 2РbСО₃•Рb(ОН)₂ (белого цвета), бланфикс (баритовые постоянные белила) - BaSO₄ (белого цвета), баритовая желтая - ВаСгО₄ (желтого цвета), берлинская лазурь (прусская синяя, милори) - Fe₄[Fe(CN)₆]₃ (тёмно-синего цвета), Малахит (горная зелень) - (CuOH)₂CO₃ (нежно-бирюзового цвета), темный (фиолетовый) кобальт - Co₃(PO₄)₂ (фиолетовый).

От типа пигмента зависят цвет покрытия, его укрывистость, а также устойчивость к действию атмосферных факторов (химических реагентов и высоких температур).

В живописи применяются преимущественно минеральные пигменты.

Связующие

Связующими веществами в живописи (кроме техники фрески и силикатной живописи) являются растворённые, эмульгированные или суспендированные в воде или ином растворителе клеи животного или растительного происхождения, смолы, углеводороды, растворимые в воде или в маслах, твердеющие масла, полимеры. Связующие служат в красках пленкообразователями — веществами, создающими при отверждении твердую, прочную пленку, удерживающую в своем составе пигменты и наполнители. При добавлении уксуса, краски становятся более прозрачными. При добавлении соды - более плотными, напоминают гуашь.

Наполнители

Наполнитель - это вещество, составляющее «тело» краски, обеспечивает укрывистость краски и образует матовость. Самые типичные наполнители: мел, карбонат магния, гидроксид алюминия, сульфат бария и каолин. Помимо основных компонентов в красках есть множество вспомогательных, улучшающих ее качество. Это: разбавители, отвердители, пластификаторы, антисептики, сиккативы (способствуют ускорению высыхания краски).

Для каждой техники живописи нужна своя краска, поэтому техники живописи определяются по типу связующего: темперная (эмульсионная), масляная, восковая (энкаустическая) и др.

Из тех техник, о которых говорилось ранее, я решила изготовить акварельную краску.

2.1. Получение красок в химической лаборатории

Получение пигментов

Используя химические вещества, находящиеся в лаборатории кабинета химии получаем осадки:

Белый цвет: 100мл раствора хлорида бария ВаСl₂ нагреваем в стакане до 80⁰С и добавляем 100 мл раствора сульфата натрия Na₂SO₄.После отстаивания сливаем жидкость с осадка и отфильтровываем оставшийся в стакане сульфат бария.

BaCl₂ + Na₂SO₄ = BaSO₄↓ + 2NaCl;

Черный цвет:100мл раствора сульфата меди нагреваем в стакане до 80⁰С и добавляем 100 мл раствора сульфида натрия. После отстаивания сливаем жидкость с осадка и отфильтровываем оставшийся в стакане сульфид меди.

CuSO₄ + Na₂S = CuS↓+ Na₂SO₄;

Голубой цвет:

В химический стакан прилила 50 мл сульфата меди (II) СuSO4 и 50 мл гидроксида натрия NaOH. Полученный осадок промыла водой и отфильтровала

CuSO₄+ 2NaOH=Na₂SO₄+Cu(OH)₂↓

Коричневый цвет:

В химический стакан прилила 50 мл сульфата железа (III) и 50 мл гидроксида натрия NaOH. Полученный осадок промыла водой и отфильтровала, прокалила.

Fe₂(SO₄₎₃+6 NaOH= 3Na₂SO₄+2Fe(OH)₃↓;

2Fe(OH)₃ = Fe₂O₃ + 3H₂O; 

Зеленый цвет:

Прокалила бихромат аммония (NH₄)₂Cr₂O₇ (аммоний двухромовокислый) После удаления из соединения азота и воды, останется оксид хрома Cr₂O₃ зеленого цвета. Вещество перетереть, смешать с водой и связующим веществом.

(NH₄)2 Cr₂O₇ = Cr2O3 + N₂ + 4H₂O.

Красный цвет:

К 50 мл 0,5 % раствора жёлтой кровяной соли добавляем 100 мл 20% раствора медного купороса. Выпавший осадок красного цвета отфильтровываем и высушиваем.

(K4[Fe(CN)6] + 2CuSO4 = Cu2[Fe(CN)6]↓ + 2K2SO4).

Розовый цвет:

СоCl2 + NaOH = Со(OH)2↓ + NaCl

При получении гидроксида кобальта (II) из солей сначала образуется синий осадок малорастворимых основных солей Co(OH)nX2-n⋅ xH2O, а затем розовый гидроксид Co(OH)2. Появление синего окрашивания можно также объяснить образованием гидроксида кобальта состава 3Co(OH)2⋅2H2O, который образуется вместе с основными солями. При дальнейшем добавлении щёлочи в результате дегидратации и старения он меняет окраску от синей до розовой.

Желтый цвет:

В стакан налили 15 мл раствора иодида калия. К нему прилили 15 мл раствора ацетата свинца. Образовался ярко-желтый осадок иодида свинца (II) . Осадок отфильтровали и высушили.

2KI + Pb(CH₃COO)₂ = PbI₂ + 2CH₃COOK

Получение связующего вещества

Связующими веществами акварельных красок являются растительные прозрачные клеи – гуммиарабик и декстрин, легко растворимые водой.

Гуммиарабик – затвердевший прозрачный сок косточковых плодовых деревьев без запаха и вкуса. После затвердения он легко растворяется в воде. По своему составу гуммиарабик не является химически чистым веществом, а представляет собой смесь сложных органических соединений, не требующих никакой обработки. Он не вызывает изменения оттенка красок, а при высыхании образует прозрачную тонкую пленку, не склонную к растрескиванию. Также он хорошо скрепляет слои красок, положенных один на другой.

Декстрин – особый вид крахмального клея, который также хорошо растворяется в воде. Акварельные краски, в состав которых он входит, ложатся на бумагу ровнее, чем краски на гуммиарабике, но при высыхании мутнеет цвет.

Для улучшения качества в акварельные краски добавляют глицерин и инвертированный сахар, что делает их пластичными. Глицерин удерживает влагу, не дает краскам пересыхать и становится хрупким. В акварельные краски вводят и поверхностно-активное вещество – бычья желчь, позволяющая легко разносить краску по бумаге, так как желчь препятствует  скатыванию красок в капли. Для предотвращения разрушения красок плесенью в них вводится антисептик – фенол.

Акварельные краски в зависимости от вида имеют различные рецепты составов связующего. Связующее соединяет частицы пигмента между собой и с основой, определяя все особенности технологии живописи.

Приготовление связующего вещества.

Я приготовила в качестве связующего вещества – крахмальный клейстер.

Взять 2 столовых ложки крахмала и 1 стакан горячей воды. Вотдельной емкости развести картофельный крахмал с частью воды. Раствор должен по консистенции напоминать сметану. Перемешивать до тех пор, пока исчезнут все комочки. Оставшуюся воду вскипятите и тонкой струей влейте в емкость с крахмальной массой, перемешивая ее. Если этого количества жидкости недостаточно и клей получается густым - добавить еще несколько ложек кипятка. Важно знать, что крахмальный клейстер используют в теплом виде. Хранится такой материал не более пяти часов. Поэтому заготавливать его впрок нельзя. Во время остывания на поверхности клея образуется пленка. Необходимо, чтобы она не попала в готовую краску.

Соединяем полученные цветные осадки в заранее подготовленные емкости, каждый цвет отдельно. Добавляем к осадкам приготовленный клейстер, тщательно перемешиваем до сметанообразного состояния. Краску поместили в кюветки. Хранить приготовленную краску нужно в холодильнике.

2.2 Выполнение композиции своими красками

3.Заключение

Изучив информационные источники и подобрав оптимальные методы, мне удалось изготовить палитру красок из 7 цветов и опробовать ее в действии.

При изучении выбранной темы я узнала более детально о составе, способе получения красок, научилась получать пигменты химическим путём в школьной лаборатории.

Полученные краски в школьной лаборатории имеют интенсивную окраску, которая сохранилась после высыхания.Краски перекрывают цвет закрашиваемой поверхности.

Атмосферостойкость оценить на данный момент невозможно, так как это проверяется временем.

Недостатком полученных красок является их неоднородность.

Полученные краски можно использовать для смешения цветов с целью получения новых оттенков, потому что все пигменты являются нерастворимыми в воде солями и оксидами металлов, которые между собой не взаимодействуют. То есть краски, которые мы получили, совместимы между собой.

Таким образом, на основании проведённых исследований можно сделать следующие выводы:

• История красок созвучна с историей развития химии.

• Краски – химические соединения: в основном оксиды, гидроксиды и соли металлов.

• Краски можно изготовить в школьной химической лаборатории, зная основы химии.

В ходе исследования подтвердили выдвинутую ранее гипотезу о том, что краски можно изготовить самостоятельно. Я считаю, что задачи, выполнены, гипотеза доказана.

В следующем году при изучении химии в 9 классе я планирую получить в химической лаборатории краски на разной основе: масляные, темперные и провести их сравнительный анализ.

Список литературы

1. Жилин, Д. М. «Юный химик. 145 опытов с веществами» [Текст] / Д.М. Жилин. – М.: Ювента, 2012.

2. Ожегов С.И. «Толковый словарь русского языка «- М.: Мир и образование, Оникс, 2012.

3. Рудзитис Г.Е., Фельдман Ф.Г. «Химия 8 класс». – М.: Просвещение , 2016.

4. Толковый словарь живого великорусского языка Владимира Даля. Под редакцией проф. И.А. Бодуэна-Де-Куртенэ

5. http://lkmprom.ru/analitika/istoriya-vozniknoveniya-krasok/

6. http://lkmprom.ru/analitika/kraski--osnovnye-svedeniya/

7. http://quibbll.com/37438-krasitel-iz-drevnego-egipta-pomozhet-sovremennym-kriminalistam/

8. https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D1%80%D0%B0%D1%81%D0%BA%

9. http://lkmprom.ru/analitika/kraski--osnovnye-svedeniya/

Приложение. Видеофильм

Получение пигментов