Акварельный мир родной природы

УПРАВЛЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ АДМИНИСТРАЦИИ СОВЕТСКОГО ГОРОДСКОГО ОКРУГА

XV ГОРОДСКАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ ШКОЛЬНИКОВ « ПОИСК И ТВОРЧЕСТВО»

СЕКЦИЯ « ХИМИЯ»

АКВАРЕЛЬНЫЙ МИР РОДНОЙ ПРИРОДЫ

Научно-исследовательская работа

Выполнила – ученица 8-В класса

                                                      МАОУ гимназии № 1

                                        Беседа Алёна

                                                          Научный руководитель-

                                          учитель химии

                                                     МАОУ гимназии № 1

                                                                   Рощинская Валерия Юрьевна

г. Советск

2013

Содержание

Введение                                                                 Стр. 1

1. Основные понятия                                                 Стр. 3

1.1. История появления красок                                  Стр.3

1.2. Классификация красок по видам                         Стр.5

1.3. Красители                                                             Стр.8

2. Теоретическая часть                                                 Стр. 10

3. Практическая часть                                                 Стр. 13

4. Заключение                                                         Стр. 16

5. Список использованной  литературы                         Стр. 17

6. Приложение                                                                  Стр.18

Введение

       Краски в нашей жизни занимают огромную нишу. При этом чаще всего мы их даже не замечаем: наши машина, мотоцикл и велосипед имеют цветное покрытие. Полы и потолки любого дома окрашены, на стенах могут висеть различные приевшиеся нам пейзажи, искусно выполненные масляными красками. Фасад нашего дома покрашен специальной краской, и даже забор за домом искусно разрисован соседским мальчишкой, мечтающим стать великим художником, причем красками из аэрозольного баллончика, свободно продающегося за соседним углом.

        С давних пор люди использовали краски для того, чтобы придать окружающим их предметам радующее глаз разнообразие цветов. Для этого использовали природные соединения, иногда химически очень простые, чаще - довольно сложные.

       В настоящее время при использовании компьютерной техники с большой лёгкостью можно получить любые цветовые изображения. Сохранятся ли такие изображения на многие века, будут ли они вызывать эмоциональные переживания и восхищение потомков?

Это противоречие позволило определить проблему: возможно ли в современных условиях получить такие же яркие, насыщенные краски, которые «творились» в древности?

Осмысление этой проблемы привело меня к выбору темы моей работы

«Акварельный мир родной природы».

Цель: изготовить акварельные краски из природных компонентов в лабораторных  условиях.

Задачи:

1. Изучить состав и свойства акварельных красок.

2. Выяснить функциональное значение компонентов красок.

3. Рассмотреть основные этапы производства красок.

4. Приготовить основу акварельных красок из растительного сырья и получить растительные пигменты.

Гипотеза:

Работая только с растительным материалом, возможно получение акварельных красок на основе природных пигментов даже в домашних условиях.

Методы исследования:

• Изучение и анализ научной и научно-популярной литературы по проблеме исследования
• Эксперимент: физико-химические методы получения растительных пигментов и красок на их основе
• Обработка и анализ данных эксперимента

Научная новизна моей работы состоит в том, что на основе изученной литературы, технологии приготовления минеральных пигментов возможно изготовление акварельных красок в условиях школьной лаборатории, пригодных для практического использования.

Практическая значимость работы заключается в том, что использованные мной методы и способы получения пигментов могут применяться в быту, на уроках химии, ИЗО, во внеклассной работе.

Апробация и внедрение результатов работы по изготовлению масляных красок заключается в представленной живописной работе-пейзаже «Закат на Балтийском море».

1.Основные понятия

1.1. История появления красок

     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 15000 лет до н.э. Таким образом, можно считать, что появление красочных веществ было одним из первых открытий на заре цивилизации.

       Пещерные жители рисовали на камнях то, что их окружало: бегущих животных и охотников с копьями. Для наскальной росписи в пещере Ласко (Франция) в качестве красок использовалась природная смесь минералов - охра (от греч.ochros - "желтый"). 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.

       Красной охрой, по цвету похожей на кровь, покрывали перед погребением тела усопших. Сейчас об этой древней традиции нам напоминает современное название красного железняка - гематит (от греч. haima - "кровь").

       Следует, однако, отметить, что по существу эти примитивные краски очень похожи на современные и по составу, и по методу изготовления. Животные жиры, правда, уже не применяются, но газовая сажа, сходная по составу с обычной сажей, представляет собой наиболее широко распространенный черный пигмент. В настоящее время сажа подвергается специальной очистке и обработке с целью придания окраске большей прочности и других свойств. Первобытный человек, приготавливая краску, растирал сырье между плоскими камнями.

       Такие краски нельзя было хранить дольше одного дня, так как при контакте с воздухом они окислялись и затвердевали. Работать с этими красками было сложно: более темные краски с большим содержанием угля высыхали гораздо медленнее, чем оттенки с большим содержанием охры.

       В эпоху Возрождения у каждого мастера был свой рецепт разведения красок: одни замешивали пигмент на яичном белке - так делали итальянцы Фра Анджелико (1387-1455) и Пьеро делла Франческа (ок.1420-1492). Другие предпочитали казеин (молочный белок, применявшийся для фресок уже в римских храмах). А фламандец Ян ван Эйк (ок.1390-1441) ввел в обиход масляные краски. Он научился накладывать их тонкими слоями. Эта техника лучше всего передавала пространство, объем и глубину цвета.

       Поначалу с масляными красками не все получалось гладко. Так, расписывая стену трапезной миланского монастыря Санта-Мария делле Грацие, Леонардо да Винчи (1452-1519) попробовал смешать масляную краску с темперой (краской на основе разведенного в воде яичного желтка). В результате его "Тайная вечеря" начала осыпаться уже при жизни мастера...

       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". Этот пигмент был в 10 раз дешевле натурального ультрамарина. В 1802 году француз Луи-Жак Тенар изобрел краску под названием "кобальтовая синька", которая еще лучше заменяла ультрамарин. И только через 24 года химик Жан-Батист Жиме получил "французский ультрамарин", полностью аналогичный натуральному. 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 «никакие», кроме одной: изумрудно-зеленой. Ее делали из смеси уксуса, окиси меди и мышьяка. 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.

1.2.Классификация красок по видам

     Водно-дисперсионные краски

Наиболее известны поливинилацетатные (на основе эмульсии ПВА), на основе стирол-бутадиенового и других латексов, а также акрилатные водно-дисперсионные краски. Основное преимущество этих красок состоит в том, что связующие, входящие в их состав, диспергированы в виде мельчайших частиц в водном растворе защитного коллоида (такие диспергированные системы принято называть эмульсиями), а не растворены в более дорогих, токсичных или огнеопасных органических растворителях. Для изготовления красочного состава кроме обычных составляющих (пигментов, наполнителей и т.д.) используются такие вещества, как пластификаторы, эмульгаторы и стабилизаторы, улучшающие малярные свойства красок и предотвращающие выпадение пигментов в осадок. Все водно-дисперсионные краски нетоксичны, легко разводятся водой, быстро сохнут. Ими окрашивают бетонные, каменные, деревянные поверхности, но не металлические — краска может вызывать их коррозию. Особенно эффективно их нанесение на пористые основания, например, на штукатурку, правда, предварительно огрунтованную.

     Летуче-смоляные краски

     Состоят главным образом из синтетических смол или производных целлюлозы, пигментов и летучих органических растворителей. Высыхание пленки происходит вследствие испарения растворителя.

     Краски на перхлорвиниловом (ПХВ) лаке быстро «сохнут», относительно дешевы, имеют высокую атмосферостойкость, обладают хорошей адгезией к бетону, кирпичу и др. Их характерная особенность — высокая насыщенность цветового тона. Недостатком является то, что в состав входит летучий органический растворитель, который при испарении вредно влияет на организм человека. Кроме того, применение летуче-смоляных красок связано с повышенной пожароопасностью.

     Органо-минеральные краски

Все большее распространение получают кремнийорганические покрытия, которые готовят на основе кремнийорганических соединений — силиконов. Органосиликатные краски отличаются повышенной температуростойкостью (применяются для окраски котлов и автоклавов). Кроме того, они обладают хорошей атмосферо- и морозостойкостью, светоустойчивостью. Эти краски очень токсичны. Недостатками так же являются — необходимость приготовления перед применением и относительно низкая жизнеспособность готовых составов (менее 8 часов), а также огнеопасность.

     Масляные краски

Вид ЛКМ, в котором связующим служат олифы, получаемые в основном из растительных масел. Этот вид связующего известен человечеству, пожалуй, наиболее давно. По внешнему виду олифы — прозрачные жидкости, окрашенные в темно-коричневый или светло-коричневый цвета. Таким образом, масляные краски представляют собой смесь пигментов, наполнителей (тальк, сернокислый барий, барит) и олифы.

Различают густотертые (разводимые перед употреблением олифами в количестве 17-40%) и готовые к употреблению масляные краски.

Минеральные краски

Преобладающее число минеральных красок натурального и искусственного происхождения состоит из солей различного происхождения: карбонатов, хроматов, сульфатов, силикатов и других нерастворимых в воде и маслах простых и сложных солей различных металлов. Другая, тоже значительная часть красок этого отдела представляет оксиды различных металлов и гидраты их. Таковы оксиды железа, марганца, кобальта, свинца, кальция и других металлов.

Минеральные краски прочны постольку, поскольку прочны химические соединения, из которых они состоят. Прочность же химических соединений, как известно, зависит, прежде всего, от природы входящих в них элементов и степени сродства между ними.

Различные степени окисления металлов имеют различный цвет.

В изменении цвета красок следует различать, таким образом, два химических процесса. Первый из них есть процесс оксидации (присоединение атомов кислорода). Таково изменение цвета порошка зеленой земли, долго лежавшей на воздухе и принявшей буроватый оттенок, побеление желтого кадмия, почернение сурика, обесцвечивание органических красок. Второй процесс есть процесс восстановления (потери атомов кислорода). На нем основано позеленение желтых хромовых красок.

Непрочными красками являются краски медного происхождения и желтые хромовые краски, состоящие из непрочных химических соединений, которые способны реагировать на смешиваемые с ними краски и потому являются причиной образования непрочных смешений красок: известковые, водно-цементные, силикатные краски.

1.3 Красители

     Красящие вещества - это вещества, которые обладают цветом и способностью окрашивать различные материалы. Красящие вещества делятся по химическому составу и свойствам на две основные группы.

     Одну группу составляют красящие вещества неорганического происхождения - минеральные пигменты. Красящим веществам этой группы присущи следующие характерные свойства: они не растворяются в воде и других растворителях; они окрашивают материалы только с поверхности. В живописи практически исключительно применяются неорганические минеральные пигменты.

     В другую группу входят красящие вещества органического происхождения - органические красители. Органические красители в большинстве обладают способностью растворяться в воде и других растворителях и прокрашивать материалы в их толще.

НЕОРГАНИЧЕСКИЕ КРАСИТЕЛИ

ОРГАНИЧЕСКИЕ КРАСИТЕЛИ

2.Теоретическая часть.

Состав и свойства красок.

Акварельные краски приготовляются на водорастворимых связующих веществах, главным образом на клеях растительного происхождения, поэтому они называются водяными красками. Краски для акварельной живописи должны обладать следующими качествами.

Большой прозрачностью, ибо вся красота красочного тона при нанесении тонким слоем заключается в этом свойстве. Хорошо браться влажной кисточкой и легко размываться. Красочный слой должен легко смываться водой с поверхности бумаги или грунта.

Акварельная краска, разжиженная водой, должна ровно ложиться на бумагу и не образовывать пятен и точек. При действии прямых солнечных лучей краска должна быть светостойкой и не изменять цвета. После высыхания давать прочный, не трескающийся слой. Не проникать на обратную сторону бумаги.

Главные составные части акварельной краски – краситель и вода, но есть и другие обязательные компоненты. Прежде всего, такие вещества, которые скрепляют краску с бумагой, например гуммиарабик или древесные клеи – вещества с повышенной липкостью.  Далее, нужны вязкие вещества, они помешают краске растекаться по бумаге, заставят ее лечь ровным слоем; хороши для этого мед, патока, глицерин. И последняя добавка – антисептик и дезинфицирующее вещество. Ведь мы имеем дело с веществами растительного происхождения, а  их надо защищать от действия микроорганизмов(плесневелых грибков, которые обязательно захотят питаться нашими красками).

Производство красок.

Акварельные краски выпускаются в фарфоровых чашечках и тюбиках. Техника производства этих видов красок не имеет принципиального различия и в основном проходит следующие стадии обработки:

1) смешение связующего с пигментом;

2) перетир смеси;

3) подсушка до вязкой консистенции;

4) наполнение краской чашечек или тюбиков;

5) упаковка.

Для смешения пигментов со связующим веществом применяются обычно механические смесители с опрокидывающимся кузовом. Для небольших количеств чаще всего замесы приготовляются вручную в металлических эмалированных бачках при помощи деревянных лопаток. В смеситель загружается связующее вещество и вводится небольшими порциями пигмент в сухом виде или водной пастой.

При перетире на краскотерочной машине пигмент тщательно смешивается со связующим веществом в однородную красочную пасту.

Перетертая краска поступает на подсушку с целью удаления излишней влаги и получения густой пасты для фасовки в чашечки или тубы.

Подсушка пасты ведется в специальных сушильных камерах или на гранитных плитах при температуре 35—40° С.

После удаления части воды сгустившаяся паста раскатывается в ленты толщиной в 1 см, разрезается на отдельные квадратные кусочки размером по площади кюветки и укладывается в чашечку.

Сверху краска закладывается листочком целлофана и, наконец, обертывается фольгой и бумагой с этикеткой. При выпуске акварельных красок в тубах, наполнение туб пастой производится автоматически тубонабивочными машинами.

Особенности акварельных красок.

Акварельная живопись прозрачна, чиста и ярка по тону, что трудно достигнуть посредством лессировок масляными красками. В акварели легче достигнуть тончайших оттенков и переходов. Акварельные краски употребляются также в подмалевке для масляной живописи.

Оттенок акварельных красок при высыхании изменяется — светлеет. Изменение это происходит от испарения воды, в связи с этим промежутки между частицами пигмента в накраске заполняются воздухом, краски значительно более отражают свет. Разница показателей преломления воздуха и воды вызывает изменение цвета высохшей и свежей накраски.

Сильное разбавление красок водой при тонком нанесении на бумагу уменьшает количество связующего вещества, и краска теряет в тоне и становится менее прочной. При нанесении нескольких слоев акварельной краски на одно место получается перенасыщение связующим веществом, и появляются пятна.

При покрытии картин, исполненных акварелью, очень важно, чтобы все краски более или менее равномерно и в достаточном количестве были насыщены связующим веществом.

Если отдельные части красочного слоя содержат недостаточное количество клея, то лак, проникая в красочный слой, создает для пигмента иную среду, не сходную в оптическом отношении с клеем, и сильно изменит ее в цвете. Когда же краски содержат достаточное количество связующего, то при покрытии лаком восстановится их интенсивность и первоначальный блеск.

3.Практическая часть.

   В старых книгах часто встречаются названия экзотических красителей: красный сандал, кверцитрон, кармин, сепия, кампешевое дерево.…  Некоторые из этих красителей применяют и поныне, но в очень  небольших количествах, главным образом для приготовления художественных красок. Ведь природные красители с такими красивыми названиями получают из растений и животных, а это дорого и сложно. Зато натуральные красящие вещества очень ярки, прочны, светостойки.

Любопытно было бы проверить. Но каким образом? Кампешевое дерево растет в Южной Америке, сандал – в Южной Азии, сепию добывают из каракатиц, кармин – из кошенили (крошечных насекомых)…

И все же получить природные красители даже в домашних условиях, даже в средней полосе нашей страны вполне возможно! И в привычных для нас растениях есть красящие вещества, пусть даже не такие и не такие стойкие. Наши предки часто ими пользовались. Мы тоже попробовали извлечь красители из растений, а потом на их основе изготовили акварельные краски.

Все красители готовились одним и тем же способом: измельчением растений или каких-либо их частей и получением концентрированных отваров путем долгого кипячения в воде.

Очень важное замечание: для опытов мы брали только те растения, которые разрешено собирать, и ни в коем случае не использовали растения, взятые под охрану.

Опыт 1. Получение красного красителя.

     Мы получили его из стебля зверобоя (отвар подкислили столовым уксусом).  Можно также использовать ольховую кору, которую необходимо положить в воду на несколько дней, а потом приготовить отвар. Красный краситель можно извлечь также из корней конского щавеля, но в этом случае необходимо прибавить к готовому отвару немного алюминиевых квасцов – иначе цвет будет тусклым.

Опыт 2. Получение синего красителя

Этот цвет получили из корней девясила (он, как зверобой, относится к лекарственным травам). Для этого корни сначала подержали (2-3 часа) в нашатырном спирте - водном растворе аммиака. Так же синий краситель можно добыть также из цветов живокости и корней птичьей гречишки.

Опыт 3.  Получение желтого и коричневого красителя

При отваре сухой кожуры репчатого лука получили коричневый краситель разных оттенков, от почти желтого до темно–коричневого (результат зависит от времени кипячения).  Другой источник такого красителя – сухая кора жостера.

Опыт 4. Получение черного красителя

Черный пигмент получают из отвара ягод и корней воронца. Но мы получили его другим, более простым способом: добавили железный купорос к одному из полученных ранее отваров. Почти все наши отвары содержат дубильные вещества типа танина. И в присутствии солей двухвалентного железа они становятся черными.

После того, как мы запаслись достаточным количеством густых разноцветных отваров, приступили к изготовлению акварельных красок. Вместо гуммиарабика в качестве клеящего вещества мы использовали вишневую камедь, натеки на стволах, которые можно собирать прямо с деревьев. Правда, такой клей в воде растворяется с трудом, но для ускорения процесса мы добавили немного кислоты.

Для краски каждого цвета приготовили 5-7 мл клеевого раствора примерно 50%-ной концентрации. Смешали его с равным количеством меда, добавили немного глицерина. В качестве антисептика использовали 5%-ный раствор фенола (карболовую кислоту). Этого вещества нужно очень мало, буквально несколько капель.

Все компоненты будущей краски смешали. Основа краски готова, нет только самого важного – красителя. Добавляли его в последнюю очередь в виде густого отвара, взяв его примерно столько же, сколько у нас получилось основы для краски.

Вот, собственно и вся процедура. Краска у нас получилась не твердая, какую продают в магазинах. Однако художники пользуются похожими по консистенции полужидкими акварельными красками в тюбиках.

4. Заключение.

Лёгкие, как бы воздушные, цветовые линии, кажущаяся полупрозрачность композиции - такой эффект достигается при использовании техники акварель.

Для приготовления акварельных красок можно применять минеральные, анилиновые и растительные краски. Анилиновые краски редко применяются, так как, впитываясь в бумагу, они прокрашивают ее насквозь, вследствие чего их нельзя отмыть с рисунка и ослабить тон. Не смываются они также с кисти.

В последнее время почти исключительно применяются минеральные краски, так как они дешевле и прочнее растительных.

Мы же, работая только с растительным материалом, смогли получить природные красители даже в лабораторных условиях.

Список использованной литературы:

• Большая советская энциклопедия (в 30 томах). Гл. ред. А.М. Прохоров. Изд.3-е. «Советская энциклопедия».1978. т.1.Экслибрис-Я.я 1978 632 л.
• Кирилл и Мефодий. Электронная энциклопедия. Статья «Акварель» из «Энциклопедического словаря Брокгауза и Ефрона» (1890 –1907).
• Ольгин О. Опыты без взрывов. Изд. второе, переработанное. – М.: Химия, 1986. – 192 с.
• www.akvarel.ru
• www.lformula.ru
• www.peredvizhnik.ru
• ru.wikipedia.org/wiki/акварель