ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРОЦЕССА ФИКСАЦИИ ИЗОБРАЖЕНИЯ ДЛЯ ДЕ-МОНСТРАЦИИ КАЧЕСТВЕННОЙ РЕАКЦИИ Fe3+ НА УРОКАХ ХИМИИ, НА ФАКУЛЬТАТИВНЫХ ЗАНЯТИЯХ, ИЛИ ХИМИЧЕСКОМ КРУЖКЕ

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРОЦЕССА ФИКСАЦИИ ИЗОБРАЖЕНИЯ ДЛЯ ДЕМОНСТРАЦИИ КАЧЕСТВЕННОЙ РЕАКЦИИ Fe3+ НА УРОКАХ ХИМИИ, НА ФАКУЛЬТАТИВНЫХ ЗАНЯТИЯХ, ИЛИ ХИМИЧЕСКОМ КРУЖКЕ

В.И. Комарова

Волгоградский Государственный Аграрный Университет,
Волгоград

Соединения железа освещены в школьном курсе химии широко, но однобоко. Рассказывая о солях Fe3+ , учитель может не только изложить основные свойства, но и  подчеркнуть светочувствительность таких соединений. Ведь честь открытия чувствительности к свету солей Fe3+   принадлежит русскому исследователю, будущему канцлеру российской империи Алексею Петровичу Бестужеву-Рюмину (22.06.1693—10.04.1766). В 1720-1721 гг. Бестужев предложил состав капель, которые были названы его именем Tinctura nervina Bestuscheffi. Во Франции бестужевские капли получили незаконное название «золотого эликсира Ламотта». Капли Бестужева представляли собой прозрачную жидкость золотисто-желтого цвета, эфирного запаха, жгучего и вяжущего вкуса. Приготавливали их так: сухое хлорное железо растворяли в смеси эфира со спиртом (1:2), раствор процеживали, разливали в плоские бесцветные склянки до 2/3 объема, хорошо закупоривали и подвергали действию солнечного света до обесцвечивания раствора. Затем склянки с бесцветным раствором ставили в темное место и периодически открывали для доступа воздуха, причем жидкость постепенно желтела.

Также подробно описано история пигментов соединений Fe3+ и Fe2+ — берлинской лазури и турнбулевой сини. Но особо сильное впечатление всегда производят реакции, проведенные вживую.

Мы предлагаем усилить эстетический  эффект демонстрации качественной реакции Fe3+, использовав ее для фиксации изображения.

Цианотипия — такое название носит описываемый процесс— известна с середины XIX века. Первооткрыватель ее сэр Джон Гершель (внесший, кстати, немалый вклад в изобретение фотографии) использовал этот простой процесс для копирования своих записей. Еще в XX веке изготовление так называемых «синек» было надежным способом тиражирования чертежей. Но цифровые технологии могут привнести в процесс позапрошлого века творческое начало и расширенные возможности.

С химической точки зрения, процесс заключается в восстановлении трехвалентного железа под действием света: 

Fe3+ + e- → Fe2+

Восстановленное железо вместе с красной кровяной солью дает соединение, которое при смачивании водой, преобразуется в устойчивое, известное как берлинская лазурь:

4Fe2+ + 3[Fe(CN)6]3- → FeIII4[FeII(CN)6]3↓

Невосстановленное железо вымывается водой.

Для демонстрации процесса (для 1-2 цианотипий размера А4) необходимы следующие реактивы и материалы:

1. 12%-й раствор хлорида железа (5мл)
2. 5%-й раствор феррицианида калия (5 мл)
3. 5%-й раствор пищевой лимонной кислоты (не моногидрата!) (1мл)
4. 14%-й водный аптечный раствор аммиака (2 мл)
5. дистиллированная вода
6. широкая кисть для нанесения эмульсии
7. бумага
8. калька для туши
9. чистое оконное стекло

Весь процесс состоит в следующем. Выбранную заранее учениками цифровую фотографию с бытового цифрового фотоаппарата любого формата преобразуют в графическом редакторе в негатив и выводят на печать на принтере. Для демонстрации учащимся достаточно использовать кальку для туши, аккуратно приклеенную по краям клеем-карандашом к листу стандартной бумаги А4.

Заранее подготавливаем бумагу-основу для эмульсии и кисть. Чтобы уложиться в урочное время, берем фотобумагу для струйных принтеров плотностью не менее 200 г/м2 . Возможно использование как глянцевой, так и матовой бумаги.

Для приготовления растворов взвешиваем необходимое количество реактивов и насыпаем в емкости для перемешивания. Процесс не требует особо точного взвешивания, поэтому задача упрощается. Растворы долго не хранятся, поэтому их желательно изготавливать непосредственно перед уроком. Отдельно в пробирке изготавливаем раствор красной кровяной соли. В другую пробирку, после хлорида железа, доливаем раствор лимонной кислоты, перемешиваем и добавляем раствор аммиака. Для повышения контраста можно добавить 1-2 капли 1%  бихромата калия на каждые 20 мл рабочего раствора.

Растворы готовы. Теперь займемся приготовлением эмульсии (рабочего раствора) и нанесением его. При неактиничном свете (лампы дневного света и  энергосберегающие не подходят) в фарфоровой или лучше в стеклянной посуде — подойдет обычная пиала, креманка или пепельница — смешиваем ингредиенты и наносим образовавшуюся эмульсию кистью тонким слоем на фотобумагу. Поскольку цианотипия имеет низкую светочувствительность и чувствительна только к ультрафиолету, то можно использовать обычную лампу накаливания не более 100Вт, направленную в сторону от поверхности, на которую наносится эмульсия. Сушить бумагу надо в темноте. Так как количество цианотипий мало, то можно использовать картонный ящик с прикрепленным к стенке двухсторонним скотчем. 

На приготовление растворов и пропитку бумаги уходит 5-7 минут.

Время высыхания фотобумаги зависит от количества нанесенной эмульсии, но обычно не превышает 15 - 20 минут, за которые можно изложить дальнейший материал.

На высохшую фотобумагу накладывают кальку с негативом и либо прижимают сверху стеклом и кладут на подоконник, либо, при низком солнце, накладывают на оконное стекло и приклеивают к нему скотчем.

Инсоляция занимает от 5 до 20 минут в зависимости от освещения (для свежей бумаги). Под воздействием ультрафиолета соли железа переходят в нерастворимое состояние пропорционально количеству полученного света. При хранении бумага постепенно теряет светочуствительность.

После отмеренного времени бумагу выкладывают под проточную воду на промывку.

Если задаться целью сделать настоящий «шедевр», то можно после промывки прополоскать отпечаток в 5%м  растворе лимонной кислоты в течении 5 минут (соли железа выводятся), затем в аптечном растворе перекиси водорода (на 20-40 секунд), затем окончательно промыть. Изображение сине-голубых тонов весьма устойчиво, но должно храниться в темноте, так как на свету бледнеет. Впрочем, после помещения цианотипии в темное место на несколько дней, сила пигмента восстанавливается.

Возможно тонирование отпечатка горячим черным или зеленым чаем при предварительном отбеливании горячим 10% раствором пищевой соды, после чего отпечаток принимает коричневый цвет. Но обычное время урока не позволяет это сделать. Тонирование можно провести во внеурочное время, размочив в воде сухой отпечаток.

По вышеизложенной методике был снят фильм «Цианотипия как случай окислительно-восстановительных реакций» (http://www.youtube.com/watch?v=1CvOpiAD_G4).

В наше цифровое мегапиксельное время ученик становится сотворцом и соучастником процесса, видя на практике результат простого смешивания двух жидкостей и получение из «ниоткуда» изображения.

В книге «Фотографический антикварный авангард» Лиле Рексер пишет: «Цианотипия продолжает использоваться художниками именно благодаря тому, что она воплощает в себе противоречие между информационностью и выразительностью, между документальностью и метафоричностью, откровенной технологичностью и чистым искусством, — противоречие, которое лежит в сердце фотографии» (Lyle Rexer p.107).

Затраченные вами усилия  будут сполна вознаграждены. Ученики смогут увидеть и красивую качественную реакцию, и применение науки на практике. И новые просторы для фантазии. А может, и интересное хобби в своей будущей жизни.