Химические опыты

Делаем пигменты

Пигменты еще несколько десятилетий назад называли обычно минеральными красками, подчеркивая их происхождение: многие природные пигменты получали измельчением окрашенных минералов. И сейчас поступают порою так же, особенно если надо приготовить яркие, сочные, стойкие краски для живописи. Но гораздо чаще в наши дни используют синтетические пигменты — всевозможные оксиды и соли металлов. Если же пигменты имеют органическую природу, то их чаще называют красителями; пожалуй, главная область их применения — окрашивание тканей.

Займемся приготовлением минеральных пигментов разных цветов. Начнем с белого.

В роли белых пигментов обычно выступают соединения свинца, цинка и титана: последние для самостоятельного изготовления наименее доступны. А лучший источник свинца в домашней лаборатории — это свинцовая примочка, 20%-ный раствор основного ацетата свинца, с которым вам уже доводилось работать. Так как свинцовые белила представляют собой основной карбонат свинца Рb(ОН)₂CO₃, то для их получения надо пропускать через раствор ацетата (т. е. через примочку) диоксид углерода. Свинцовые белила при этом выпадут в осадок. Отфильтруйте его, промойте водой и высушите. В фильтрате останется раствор ацетата свинца. Старайтесь работать так, чтобы соединения свинца не попадали на руки и лицо, и ни в коем случае — в рот. Красками, приготовленными на основе таких соединений (в том числе и со свинцовым сиккативом) запрещается красить посуду и любые предметы, которые соприкасаются с пищей.

Цинковые краски, к которым мы сейчас перейдем, тоже не предназначены для окрашивания посуды; все предупреждения об осторожности, только что сделанные, относятся и к ним.

Исходным веществом для цинковых пигментов будет служить хлорид цинка ZnCl₂. Раствор его можно получить, опустив в соляную кислоту немного цинка, необязательно гранулированного. Годится, например, стаканчик от старой батарейки — он сделан из почти чистого цинка. К полученному раствору осторожно, по каплям, добавляйте раствор стиральной соды. Сначала он нейтрализует избыток кислоты (вы заметите это по вспениванию), а потом вступит в реакцию с хлоридом цинка, образуется карбонат ZnCO₃ . Его надо отфильтровать, промыть водой и прокалить при температуре не ниже 280°С. Выше этой температуры карбонат цинка разлагается на белый оксид цинка ZnO и CO₂.

Есть еще один белый цинковый пигмент — сульфид цинка ZnS . Для его приготовления надо получить сначала сульфид натрия Na₂S . Проще всего поступить так: сильно нагреть сульфит натрия Na₂SO₃ (напоминаем — это вещество продают в фотомагазинах), тогда образуются два вещества — сульфат Na₂SO₄ и сульфид Na₂S. Нам требуется только второе вещество. Смесь после охлаждения растворите в воде и добавляйте понемногу раствор хлорида цинка, получение которого описано в предыдущем опыте. Избегайте избытка кислоты: образующийся сульфид в ней растворяется. После фильтрования и высушивания вы получите нерастворимый сульфид белого цвета — порошок ZnS.

Перейдем к цветным пигментам. Получим сначала сине-зеленую ярь-медянку — смесь основных ацетатов меди.

К раствору медного купороса добавьте раствор соды, и в осадок выпадет основной карбонат меди Сu₂(ОН)₂СО₃. Отфильтруйте его, и осторожно, по каплям, добавьте уксусную эссенцию до полного растворения осадка. Упарьте раствор на небольшом огне почти досуха, не допуская сильного перегрева и разбрызгивания жидкости, а затем охладите. Выпавшие сине-зеленые кристаллы отфильтруйте и высушите между листами фильтровальной бумаги.

В кружке такой опыт лучше ставить под тягой, а дома не забудьте после опыта как следует проветрить комнату, чтобы исчез запах уксуса.

Перейдем к пигментам на основе оксида железа Fe₂O₃. Сурик, мумия, охра, умбра, колхотар, венецианская красная, английская красная — вот далеко не полный перечень таких пигментов. В зависимости от способа получения у краски могут быть различные оттенки, от красного до коричневого, а при сильном нагревании оксид железа чернеет.

Это вещество легко получить прокаливанием железного купороса FeSO₄4*7H₂O (семиводный сульфат железа). Берите небольшие порции купороса, тогда разложение пойдет быстрее. Накаливайте купорос до тех пор, пока он из зеленого не станет черным. При охлаждении получится красный оксид Fе₂О₃.

Если не удастся купить готовый железный купорос (а его продают в хозяйственных магазинах), то сульфат железа нетрудно приготовить из более распространенного медного купороса. Опустите в его раствор железные опилки, настроганные напильником и промытые в бензине. Как только голубой раствор станет зеленым, слейте его с осадка, профильтруйте и упарьте досуха. Вы получите не чистый железный купорос, потому что железо частично окислится кислородом воздуха, однако на результат опыта это не повлияет.

Коричневый гидроксид железа Fе(ОН)₃ вы получите из раствора железного купороса, в который добавлен раствор едкого натра, приготовленного из стиральной соды и гашеной извести, как было описано в главе «Олово и свинец». Работая с любыми щелочами, не забывайте об осторожности! В результате реакции в осадок выпадет гидроксид железа Fe (ОН)₂. До требуемого нам гидроксида Fе(ОН)₃ он легко окисляется пероксидом (перекисью) водорода, а если время терпит, то просто кислородом воздуха при хранении в открытой склянке. Осадок коричневого цвета отделите и высушите при комнатной температуре.

Широко известный синий пигмент на основе железа — берлинская лазурь. Для ее приготовления нужна соль трехвалентного железа. Вот как ее можно получить: свежеосажденный гидроксид железа, приготовленный в предыдущем опыте, растворите в соляной кислоте (можно в разбавленной, аптечной) или, что несколько хуже, в уксусной эссенции, и смешайте с раствором ферроцианида калия (под названием желтой кровяной соли это вещество продают в фотомагазинах). Мгновенно образуется синий осадок знакомой вам берлинской лазури: Fe₄[Fe( CN)₆]₃. Эта реакция очень чувствительна, ее часто используют для обнаружения в растворе ионов трехвалентного железа.

Желтый оксид свинца — глет, на основе которого вы готовили сиккатив, можно вводить в краску и как пигмент. А чтобы получить ярко-красный свинцовый сурик, смешанный оксид свинца Рb₃О₄, достаточно нагреть на воздухе ранее приготовленный глет. Тонкость, однако, в том, что реакция окисления обратима, и при температуре выше 500°С сурик вновь превращается в глет. Значит, нужна температура несколько ниже 500°С, но ненамного, иначе реакция вообще не пойдет. Вряд ли у вас есть подходящий термометр. Поэтому положите рядом с прокаливаемым глетом кусочки свинца и цинка. Их температуры плавления соответственно 327 и 420°С, этот интервал вполне приемлем для получения сурика. Понятно, что во время опыта свинец должен быть расплавленным, а цинк твердым.

Черный пигмент — это обычная сажа. Вот один из способов получения хорошей сажи, пригодной для изготовления краски. Направьте пламя парафиновой свечи на холодный массивный предмет, разумеется, негорючий. Образующийся черный налет время от времени соскребайте. В таких условиях парафин сгорает не полностью и наряду с диоксидом углерода СО₂ образуется элементарный углерод — сажа.

В заключение получим зеленые пигменты. Сначала темно-зеленый оксид хрома Сr 2 О 3 . Как вы помните из опытов с окислением — восстановлением, многие соединения хрома ярко окрашены, поэтому их часто используют в качестве пигментов, однако лишь для тех красок, которые не соприкасаются с пищей.

Будем вновь исходить из бихромата калия К₂Сr₂O₇ - самого доступного из соединений хрома. Смешайте его с активным углем или с серой и тщательно разотрите смесь в ступке, а затем, взяв не более 2 г смеси, сильно ее нагрейте в фарфоровой или металлической посуде (когда веществ взято много, реакция идет слишком бурно). Охладите смесь, промойте ее несколько раз водой и отфильтруйте, Оставшийся на фильтре темно-зеленый оксид хрома высушите.

Есть и другие способы получения этого пигмента, например, нагреванием бихромата аммония или смеси бихромата калия с хлоридом аммония (нашатырем). Примите во внимание, что оксид хрома, получаемый в таких реакциях, находит применение не только как зеленый пигмент, но и в качестве тонкого абразивного материала, одного из самых лучших. Он входит в состав многих особо тонких полировальных паст, например, для доводки линз и зеркал оптических приборов.

Наконец, ярко-зеленый пигмент «изумрудный зеленый», гидроксид хрома. От обычного серого гидроксида того же состава он отличается тем, что состоит из более крупных частиц.

Сплавьте бихромат калия с аптечной борной кислотой в железной ложке. Нагревать надо до красного каления железа, ложку необходимо держать щипцами. После охлаждения обработайте плав водой и профильтруйте. Вы убедитесь, что цвет вещества и впрямь изумрудно-зеленый.

Получив пигменты в достаточном количестве, испытайте их, как описано в предыдущей главе, в составе масляных красок. Или каких-либо других, покупных, добавляя самодельный пигмент в белую краску либо синтетическую эмаль.

О. Ольгин. "Опыты без взрывов" М., "Химия", 1986

Список тем