Научно-исследовательская работа по химии "Какое чудо - эти краски!"

Муниципальное образовательное учреждение

«Средняя общеобразовательная школа №1» г. Краснокамска

                                                       Направление химия

 КАКОЕ ЧУДО – ЭТИ КРАСКИ!

Выполнила:

Байкова Анастасия,

8 «б» класс.

Руководитель: Давыдова

                                                                         Ирина Викторовна,

                                                      учитель химии

    Краснокамск

2014

Содержание

Введение        

1. Теоретическая часть        

1.1.Классификация красок.        

1.2. Классификация пигментов        6

1.3.Темпера        7

2. Практическая часть        8

2.1. Получение красок в лаборатории        8

2.2.Выполнениекомпозиции и выводы        10

Заключение        11

Библиографический список        12

Введение

"Какое чудо – восхищаться в живописи тем,

чем в реальности не восхищаешься"

Эжен Делакруа

Я восемь лет обучаюсь в ДШИ и большее внимание я уделяю живописи, краскам и цветовым соотношениям. Живопись - сама жизнь то, что способен изобразить художник. Но что бы это получилось, он должен не только красиво рисовать, но и знать основы математики, психологии и самое главное естествознания. Естествознание даёт ему рабочий материал: холст, краски.

До начала XIX столетия художники сами изготавливали материал для работы, позже с развитием химии производство красок перешло в руки промышленников. С одной стороны, художники, наконец, избавились от нелегкого и хлопотного труда по приготовлению необходимых материалов, с другой - массовая продукция (холсты, грунты, краски, связующие) не всегда обеспечивала достаточно высокое качество живописи.

Современные промышленные предприятия выпускают материалы весьма высокого качества, тем не менее, художники иногда предпочитают собственноручно изготовлять необходимые им для работы холсты и краски. И мы так же решили изготовить краски самостоятельно.

Цель нашей работы - изготовить темперные краски в условиях школьной химической лаборатории.

Задачи, которые мы ставили перед собой:

1. Изучить материал о красках, содержащийся в различных источниках.

2. Исследовать способы изготовления пигментов и красок.

3. Получить краски в условиях лаборатории.
         4. Выполнить композицию с помощью полученных красок.
         5.Проанализировать характеристики полученных красок.

Гипотеза:

   Поскольку  краски состоят из химических соединений, то, имея нужные реагенты, можно получить краски собственного изготовления.

 Методы исследования:

        1.Наблюдение и анализ взаимодействия пигментов между собой при выполнении рисунка.

2.Эксперимент по изготовлению красок.

1. Теоретическая часть

1.1.Классификация красок

Краски — общее наименование для группы цветных красящих веществ, предназначенных для непосредственного использования в той или иной сфере быта. Чаще всего под словом «краски» подразумевают суспензии пигментов или их смеси с наполнителями, в связующем веществе, наносящиеся на имеющийся материал или на грунт. Краски разделяют на: кроющие (корпусные) - создающие непросвечивающий слой, и лессировочные - дающие прозрачный или полупрозрачный слой. Краски состоят как минимум из двух компонентов: пигмента и связующего вещества. Поверхность   красочного   слоя   нередко  закрепляют. Для каждой техники  характерны специфические виды лаков и закрепителей. В живописи главное, чтобы была химическая совместимость применяемых материалов.

Пигмент (лат. pigmentum - краска) - нерастворимый в дисперсионных средах 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.

Связующие - в живописи (кроме техники фрески и силикатной живописи) растворённые, эмульгированные или суспензированные в воде или ином растворителе клеи животного или растительного происхождения, смолы, углеводороды, растворимые в воде или в маслах, твердеющие масла, полимеры, обеспечивающие прочное соединение частиц краски с основой. Служат в красках пленкообразователями - веществами, создающими при отверждении твердую, прочную пленку, удерживающую в своем составе пигменты и наполнители.

Техника живописи определяется по типу связующего: темперная (эмульсионная), масляная, восковая(энкаустическая) и др.

Грунт (нем. Grund — основа) - первоначальная обработка материала, предназначенного для живописи. Тонкий слой специального состава, наносящийся поверх проклеенной основы, для придания поверхности необходимых свойств, а также ограничения интенсивного впитывания связующего вещества.

1.2.Классификация пигментов

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).

1.3. Темпера

• История темперы

Слово «темпера» вошло в обиход русских художников сравнительно недавно, и потому ему часто придаётся не то значение, которое ему принадлежит; вот почему следует, прежде всего, сказать несколько слов по поводу самого термина.

Темпера (лат. «temperare» - соединять) – связующее вещество красок, состоящие из натуральной или искусственной эмульсии; краски, приготовляемые на основе сухих порошковых натуральных пигментов и (или) их синтетических аналогов. Связующим веществом темперных красок служат эмульсии — натуральные (разбавленный водой желток цельного куриного яйца, соки растений, редко нефть) или искусственные (высыхающие масла в водном растворе клея, полимеры).

Темпера - одни из древнейших красочных материалов, зародившийся ещё до I века нашей эры. Так, знаменитые росписи саркофагов древнеегипетских фараонов выполнены темперными красками. Темперной в основном была станковая живопись византийских мастеров. В России техника темперного письма преобладает и сегодня. После изобретения масляных красок XV интерес к темпере упал, хотя до этого времени она была основным материалом станковой живописи. Но вскоре после спада интереса к масляной живописи, темперная живопись снова заняла прочную позицию среди красочных материалов, только уже в изменённом виде.

И в данное время темпера так же остается на лидирующих местах, так как она многообразна по приёмам и фактуре, что удовлетворяет запросам современных художников.

• Состав  темперы

Имеется немало рецептов темперы, и возможность составления новых рецептов, безгранична; достаточно лишь при составлении их соблюдать известную закономерность в пропорции веществ, входящих в состав темперы

Первый состав «старинный»: яичный желток и белок, несколько вершинок веточек смоковницы хорошо перетирается. Потом в смесь наливается около половины разбавленного водою вина и этим обрабатываются краски.

Второй состав «современный»:

Яичный желто – 1 вес.часть

Раствор уксусной кислоты ¼ части

Льняное масло - 1/8 части

Маковое масло - 1/8 части.

Проанализировав различные составы темперных красок, мы разработали свой уникальный состав.

Для приготовления красок использовали высыхающие масла: маковое, ореховое (из ядер грецких орехов), конопляное, оливковое, льняное. Из них лучшие свойства краскам обеспечивало льняное, так как оно содержит наибольшее количество триглицеридов ненасыщенных карбоновых кислот. При контакте с воздухом все перечисленные масла высыхают: ненасыщенные карбоновые кислоты окисляются и полимеризуются. В результате образуется прочная прозрачная пленка. Линоксин - пленка, образуемая льняным маслом, отличается наибольшей прочностью и эластичностью.

2. Практическая часть

2.1. Получение красок в лаборатории

Методика изготовления темперной краски.

Изготовление красок состоит из нескольких операций:

1. Получение пигмента.
2. Изготовление «связующего вещества».
3. Смешивание связующего вещества с пигментом.

1. Мы проделали ряд опытов по получению пигментов.

Берлинская лазурь - гексацианоферрат (II) железа (III) (Fe4[Fe(CN)6]3).

В стакан налили 15 мл раствора хлорида железа (III) и добавили 15мл раствора гексацианоферрата (II) калия. Образовался тёмно-синий осадок  берлинской лазури. Осадок отфильтровали и высушили.

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

Желтая кассельская - иодид свинца (II) (PbI2).

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

Малахитовая зелень - основный карбонат меди (II) ((CuOH)2CO3).

К 15 мл раствора сульфата меди (II) прилили 15 мл раствора карбоната натрия. Образовался бирюзовый осадок основного карбоната меди (II). Осадок отфильтровали и высушили.

2CuSO4 + 2Na2CO3 + H2O  = (CuOH)2CO3 + 2Na2SO4 + CO2

Фиолетовый кобальт - ортофосфата кобальта (II) (Co3(PO4)2).

В стакан налили 15 мл раствора хлорида кобальта (II) и добавили 15 мл раствора ортофосфата натрия. Образовался осадок ортофосфата кобальта (II) сиреневого цвета. Осадок отфильтровали и высушили.

3CoCl2  + 2Na3PO4  = Co3(PO4)2  + 6NaCl

Английская красная (красный ван-дик) - оксид железа (III) (Fe2O3) .

Это тонкий весьма яркого цвета порошок, который получается при смешении растворов сульфата железа (III) и карбоната натрия. Образующийся при этом  основный карбонат железа (III) выделяют из раствора нагреванием, после чего осадок высушивают и прокаливают докрасна.

Мы несколько изменили способ получения оксида железа (III): в стакан налили 15 мл раствора хлорида железа (III) и добавили 15мл раствора гидроксида натрия. Образовавшийся осадок отфильтровали, высушили, а затем прокалили в пламени газовой горелки. Образовался красно-бурого цвета оксид железа (III). При наложении на бумагу дал не красный, а красно-коричневый оттенок.

FeCl3 + 3NaOH = Fe(OH)3 + 3NaCl

2Fe(OH)3  = Fe2O3 + 3H2O

Зелёный хром - оксид хрома (III) (Cr2O3).

Для получения оксида хрома (III) провели реакцию разложения дихромата аммония: на огнеупорную поверхность поместили горкой оранжевый дихромат аммония. В вершинке горки сделали небольшое углубление, добавили 2 капли этилового спирта и подожгли. Дихромат аммония начал разлагаться, увеличиваясь в объёме. При этом образовался зелёный порошок оксида хрома (III), который мы впоследствии использовали для получения зелёной краски.

(NH4)2Cr2O7 = N2 + Cr2O3 + 4H2O

Баритовые белила – сульфат бария (BaSO4).

В стакан налили 15 мл раствора хлорида бария и добавили 15 мл раствора серной кислоты. Образовался белый мелкокристаллический осадок сульфата бария, который отфильтровали и высушили.

BaCl2  + H2SO4 = BaSO4 + 2HCl

Свинцовые белила – карбонат свинца (II) (PbCO3).

К 15 мл раствора ацетата свинца (II) прилили 15 мл раствора карбоната натрия. Образовался белый осадок карбоната свинца (II). Осадок отфильтровали и высушили.

Pb(CH3COO)2  + Na2CO3  = PbCO3 +2CH3COONa

Роданид железа (III) (Fe(CNS)3).

С целью получения пигмента красного цвета провели реакцию по получению роданида железа (III). В стакан налили 15 мл раствора хлорида железа (III) и добавили 15мл раствора роданида калия. Образовался кроваво-красный раствор роданида железа (III).

FeCl3 + 3KCNS  = Fe(CNS)3 + 3KCl

Для приготовления краски мы использовали полученный раствор.

2.  «Связующее вещество» мы изготовили следующим образом: отделили желток от белка сырого куриного яйца. Смешали его с оливковым маслом. Добавили 2% -ный раствор уксусной кислоты. Все компоненты смеси находятся в соотношении по объёму 20:10:5 соответственно.
3. Перемешали все компоненты будущей краски до сметанообразного состояния. Краску поместили в кюветки. Хранить приготовленную краску нужно в холодильнике.

2.2. Выполнение рисунка и выводы

Я выполнила  композицию, на которой изображена сова-символ мудрости. Сова держит перед собой книгу, содержащую химические знания. В нижних углах изображены голубые розы, символизирующие непостижимое и невозможное, так как таких роз не существует в природе. В алхимии розы так же, как и сова являются символом мудрости. Фон композиции выполнен краской из берлинской  лазури, для создания образа ночного неба.

Охарактеризуем некоторые технологические свойства полученных красок, такие как: укрывистость, красящая способность (интенсивность), маслоёмкость, диспергируемость, атмосферостойкость, совместимость с другими компонентами системы.

Все полученные краски хорошо перекрывают цвет закрашиваемой поверхности, поэтому укрывистость полученных пигментов высокая.

Полученные пигменты имеют интенсивную окраску, которая сохранилась при выполнении и хранении композиции (исключением является роданид железа (III) ,который обесцветился при хранении и нанесении на бумагу).

Маслоёмкость у полученных пигментов невысокая. Избыток масла в связующем веществе приводит к растрескиванию и осыпанию краски. В нашей композиции этого не наблюдается.

Полученные нами краски имеют однородную структуру и твердое агрегатное состояние. При нанесении краски на бумагу я разводила её раствором из связующего вещества.

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

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:

1. История красок созвучна с историей развития химии.
2. Краски – химические соединения: оксиды и соли металлов.
3. Краски содержатся в природных растениях (в том числе и в растениях Вологодской  области).
4. Краски можно изготовить в школьной химической лаборатории.

Заключение

При изучении выбранной темы мы узнали более детально о составе, способе получения, свойствах темперных  красок, их применении в изобразительном искусстве, научились получать пигменты химическим путём в школьной лаборатории.

Мы получили следующие краски на основе  химических соединений – берлинская лазурь, желтая кассельская, малахитовая зелень, фиолетовый кобальт, английская красная(красный ван-дик), зелёный хром, баритовые белила, свинцовые белила и т.д.

Из приготовленных красок мною выполнена композиция, которую я планирую продемонстрировать на классном часу написаны картины, которые демонстрируются на внеклассных мероприятиях.

Я считаю, что задачи, поставленные нами, выполнены, гипотеза доказана.

Библиографический список

1. Д.И. Киплик. Техника живописи-М.: СВАРОГ и К, 1998
2. http://vseokraskah.net/pigmenty/dispergiruemost-pigmentov.html
3. http://himsnab26.ru/stati-o-dobavkakh/vse-o-pigmentakh-chto-takoe-pigmenty-kakie-byvaiut-pigmenty-i-kak-pravilno-nimi-polzovatsia-pri-okraske-betona.html 
4. http://ru.wikipedia.org/wiki/%D2%E5%EC%EF%E5%F0%E0 
5. http://www.symbolarium.ru/index.php/%D0%A0%D0%BE%D0%B7%D0%B0