Путешествие
в удивительный мир красок

Оксиды – основа красящего пигмента

Особенности проведения обобщающих уроков
по химии в классах с углубленным изучением предметов
художественного цикла

Цели. На конкретных исторических сведениях, практических и демонстрационных опытах показать учащимся художественных классов необходимость знаний по химии в художественной практике, продолжить работу по закреплению теоретических знаний и их применению для различных расчетов.

Эпиграф. «Химия и искусство имеют внутреннюю общность, которая коренится в их творческой природе...» (Марселен Бертло).

ХОД УРОКА

Организационный момент

Учитель. Совсем недавно мы начали изучение нового предмета – химии, науки необычной, интересной, но в то же время трудной. Наверное, некоторые из вас, столкнувшись с первыми трудностями, подумали: «А нужно ли мне, будущему художнику, тратить свои силы и старания на изучение предмета, столь далекого от будущей профессии?»

Конечно, на одном уроке невозможно обсудить все виды искусства, которые так или иначе соприкасаются с химией. Это живопись и скульптура, керамика и декоративно-прикладное искусство, мозаика, лепка и многое другое. Сегодня на уроке мы поговорим о красках, используемых художниками, причем лишь о тех, в основе красящего пигмента которых лежат оксиды.

Учащиеся повторяют определение оксидов как класса неорганических соединений.

Изложение основного материала

1-й ученик. Первые краски появились очень давно. Этот факт подтверждают многие археологические раскопки. Например, в Испании найдены пещеры, стены которых расписаны не только углем, но и красной охрой. Возраст пещеры имеют довольно внушительный – от 20 до 40 тыс. лет. Не менее древняя находка была сделана в Воронежской области. Дно найденного там захоронения было засыпано красной охрой, ею же были присыпаны кости скелета.

Охра – природный пигмент, красящую основу которого составляет оксид железа(III). В зависимости от его процентного содержания меняется цвет охры. Светло-желтые охры содержат от 12 до 25% оксида железа(III), золотисто-желтые от 40% и выше. В состав красной охры входит сразу два оксида железа – оксид железа(II) и оксид железа(III), поэтому химический состав такого вещества обычно выражают формулой Fe₃О₄.

Рисунки первобытных людей на стенах пещер, выполненные углем и охрой

В ходе рассказа ученик демонстрирует образцы натуральных охр различных оттенков. На доске вывешивают формулы оксидов, соответствующих каждому цвету охры, с указанием содержания в процентах красящей основы пигмента и с пробой краски. Учитель дополняет рассказ ученика демонстрацией слайдов и репродукций наскальной живописи, а также репродукций известнейших полотен художников, в написании которых использовались различные оттенки охры.

Задание 1. Определить массовую долю железа в его оксидах: FeО, Fe₂O₃, Fe₃О₄.

Трое учащихся выполняют задание у доски, каждый – для одного оксида (желательно использовать отвороты доски).

Иконы, написанные с использованием охры

Учитель. Природная охра до сих пор пользуется большим спросом у художников. Месторождение красной охры высокого качества есть в Италии. В России охру добывают в Воронежской области, есть отдельные участки выхода природной охры светло-желтого и золотистых оттенков в Железногорске. Искусственную охру впервые получили в Германии на фабрике Георгия Фильда, обжигом железосодержащих руд.

2-й ученик. Достаточно давно известна красная краска сурик. Первые письменные упоминания о ней были сделаны более трех тысяч лет назад. Метод изготовления сурика был найден совершенно случайно. Православный греческий художник Никий ожидал прибытия заказанных им белил с острова Родос в Средиземном море. Корабль с красками прибыл в афинский порт Пирей, но там неожиданно вспыхнул пожар. Пламя охватило и корабль с заказом Никия. Когда пожар погасили, расстроенный Никий подошел к останкам корабля, среди которых увидел обгоревшие бочки. Вместо белил он обнаружил под слоем угля и золы какое-то ярко-красное вещество. Оказалось, что это вещество – превосходная красная краска. Так пожар в порту Пирей подсказал путь изготовления новой краски. Химический состав ее выражается формулой Pb₃O₄,
или 2PbO•PbO₂.

Сурик использовался в Древней Руси для червления щитов русских воинов. Об этом мы читаем в «Слове о полку Игореве»: «...Русичи великие врагу поля червлеными щитами перегородили...». Однако сурик готовится не только для покраски щитов. С давних времен его применяли в иконописи, о чем гласит запись в расходной книге Кирилло-Белозерского монастыря, основанного в 1397 г. и сохранившегося до наших дней.

(Демонстрация слайдов и набора открыток с изображениями монастыря.)

Кирилло-Белозерский монастырь

Учитель, дополняя рассказ ученика, кратко рассказывает о Курской школе иконописи, ее традициях, демонстрирует репродукции или слайды знаменитых икон Андрея Рублева и Дионисия. Показывает минерал гематит и говорит, что его часто называют железным суриком и используют в качестве природной минеральной краски. Красящий пигмент оксид железа(III) Fe₂O₃ входит в состав краски для пола «сурик», не имеющей ничего общего с краской Pb₃O₄, открытой Никием.

3-й ученик. Я расскажу о свинцовых белилах, которые находились на борту корабля, сгоревшего в афинском порту Пирей. Именно их прибытия дожидался древнегреческий художник Никий. Химический состав белил достаточно сложен. Следует отметить, что в состав красящего вещества свинцовых белил входит оксид двухвалентного свинца PbO (карточка с формулой и пробой краски).

Первые упоминания об этих белилах есть в книге римского историка Плиния Старшего, жившего в период с 23 по 79 г. н.э. Эта книга называлась «Естественная история».

На Руси тоже достаточно давно пользовались свинцовыми белилами, о них сообщалось еще в Остромировом Евангелии 1056–1058 гг. А к концу 1750 г. их промышленное производство в России достигло 82 т в год. Свинцовые белила обладают хорошей кроющей способностью, но, как и любые соединения свинца, оказывают неблагоприятное воздействие на организм человека и темнеют на воздухе из-за образования сульфида свинца PbS. Дело в том, что атмосферный воздух всегда содержит следы сероводорода H₂S, особенно в крупных городах и промышленных центрах.

Учитель. При обработке потемневших картин или икон, написанных свинцовыми белилами, пероксидом водорода Н₂О₂ полотнам возвращается их первоначальный вид. Однако процесс этот долгий.

Уравнения происходящих реакций:

Определите, к каким типам относятся данные реакции.

(Демонстрируются старинные иконы, написанные красками на основе свинцовых белил. Если возможно, то продемонстрировать простейшую технику их обновления.)

4-й ученик. В 1780 г. впервые приготовили белила из цинка. Краска была очень дорогой и особого успеха не имела. Лишь в 1840 г. удалось получить цинковые белила более дешевым способом. Химическая формула красящего вещества – ZnO. Оксид цинка получают двумя способами:

• сжигание цинковой пыли в кислороде:

2Zn + O₂ = 2ZnO;

• обжиг сульфида цинка:

2ZnS + 3O₂ = 2ZnO + 2SO₂.

Затем оксид цинка смешивают с льняным или ореховым маслом и получают хорошую масляную краску, используемую в живописи. При смешивании ZnO с олифой получают краску для малярных работ.

Чистые цинковые белила имеют слегка синеватый оттенок, они безвредны для здоровья, но обладают гораздо меньшей кроющей способностью, чем свинцовые. Применяя эти белила, надо помнить, что при нагревании они желтеют, правда, при охлаждении желтизна медленно исчезает. (Карточка с формулой ZnO и пробой краски закрепляется на доске.)

Учитель. Если в краску наряду с оксидом цинка добавить карбонат цинка ZnCO₃ (тоже белое вещество), то краска приобретает свойство антипирена, огнезащитного вещества. При сильном нагревании такой краски происходит следующая реакция:

ZnCO₃ = ZnO + CO₂.

Углекислый газ препятствует распространению огня. В средние века оксид цинка из-за его волокнистого строения называли «философской шерстью». Приготовить цинковые белила можно и в нашей лаборатории по уравнению реакции:

ZnSO₄ + Na₂CO₃ = ZnCO₃ + Na₂SO₄.

Осадок фильтруют, промывают дистиллированной водой, сушат, а затем прокаливают. В результате образуется оксид цинка – готовый пигмент для краски:

ZnCO₃ ZnO + CO₂.

(Продемонстрировать прокаленный оксид цинка.)

5-й ученик. Сравнительно недавно появились титановые белила. Первые попытки применить соединения титана в красочном деле относятся к 1870 г., но лишь в 1920 г. титановые белила появились в продаже. Основа их красящего пигмента – оксид титана(IV) ТiO₂ (карточка с пробой краски).

Титановые белила неядовиты, их красящая способность почти в два раза больше, чем у свинцовых белил, они устойчивы к сероводороду. Основной недостаток – желтеют с маслом и дают нестойкие смеси с другими красками, например с ультрамарином, кобальтом, кадмиевыми красками. (Показать оксид титана и перечисленные краски.)

Задание 2. Художник принес в лабораторию 24 г порошкообразного титана и попросил приготовить красящий пигмент для титановых белил. Какая масса оксида титана(IV) получится из данного количества порошка титана?

6-й ученик. В состав кобальтовых красок входят оксиды. Например, довольно известна тенарова синь, названная так по имени французского химика Л.Ж.Тенара, в своем составе она имеет оксид кобальта СоО и оксид алюминия Al₂O₃ (карточка с пробой и формулами). Другая кобальтовая краска, содержащая помимо двух оксидов кобальта (СоО, Сo₂О₃) оксиды магния MgO, алюминия Al₂O₃ и хрома Cr₂O₃, имеет цвет морской волны. Краски эти красивы, устойчивы к высокой температуре, но не всегда имеют хорошую кроющую способность, поэтому большое значение оксиды кобальта имеют при производстве смальт.

Впоследствии смальтой стали называть кусочки стекла разных цветов (не только синего), которые использовались для создания мозаичных картин.

(Демонстрация изделий гжельской керамики, а также изделий из стекла, окрашенных в разные цвета.)

Изделия из смальты: а – фонтан «каменный цветок», б – мозаичное панно

7-й ученик. Самой древней зеленой краской на Руси была «празелень». Использовались и другие зеленые краски, но «празелень» – самая дешевая и популярная краска, вплоть до конца XVII в. Ее получали мелким истиранием минерала глауконита, имеющего темно-зеленую или ярко-зеленую окраску. В его состав входит достаточно большое количество оксидов: SiO₂, Na₂O, Fe₂O_3, СaO,
Al₂O_3, MgO, K₂О, H₂O.

(Учащиеся должны назвать оксиды, указать, какие из них относятся к кислотным, а какие к основным, дать определение тех и других.)

До 1612 г. глауконит добывали в Копорье Петербургской губернии. Празелень применял известный живописец Дионисий для фресок Ферапонтова монастыря (под Вологдой) в 1492 г. (Показать слайды Ферапонтова монастыря и кратко рассказать о Дионисии.)

Ферапонтов монастырь

Использовали празелень и в так называемом «стенном письме» Грановитой палаты Московского Кремля в 1668 г. (Показать соответствующие репродукции фотоальбома «Московский Кремль».)

Грановитая палата Московского Кремля

Учитель. В качестве зеленой краски использовали мелко истертый, хорошо известный вам как поделочный камень – малахит. (Продемонстрировать камень или изделия из него и порошок малахита.)

Сейчас зеленые краски в основном получают синтетическим путем. Многие из них в основе своего красящего пигмента содержат оксид хрома(III) Cr₂O₃, называемый еще хромовой зеленью. Такой пигмент мы можем сейчас получить с помощью несложного, но эффектного опыта.

Проводится опыт «Извержение вулкана». По уравнению реакции:

(NH₄)₂Cr₂O₇ = N₂ + Cr₂O₃ + 4H₂O

ученики называют тип реакции и продукты реакции.

8-й ученик. Я расскажу вам еще об одной удивительной зеленой краске – волконскоите. В 1830 г. в Пермской губернии минералогом Л.Ф.Кеммерером был открыт минерал, названный в честь Марии Волконской* – жены декабриста Сергея Волконского и дочери одного из героев Бородинской битвы – генерала Раевского (показать портреты). Это очень редкий минерал, содержащий в своем составе до 30% оксида хрома(III) Cr₂O₃. Волконскоит имеет красивый зеленый цвет различных оттенков – от темно-зеленого до ярко-зеленого. Природа минерала до конца не выяснена, химический состав его непостоянен. Минерал хрупок, легко истирается, химически устойчив, непрозрачен, обладает мерцающим блеском, жирный на ощупь.

Месторождение минерала известно только в России. Из волконскоита получают очень прочную зеленую краску неповторимого свежего тона. Французский художник Пабло Пикассо пользовался при письме своих картин исключительно этой краской, закупая ее только в Советском Союзе. (Демонстрация репродукций с картин Пабло Пикассо и минерала.)

Работа с коллекцией, взятой в иконописной школе.

Минерал волконскоит

Учитель. В заключительной части нашего урока хочется сказать несколько слов о красящих веществах, подаренных нам самой природой. Их извлекали из растений, животных и даже насекомых.

• И н д и г о – (сине-фиолетовый) получали из растений, растущих в Индии. Краска была известна еще древним египтянам.

• К а р м и н – краска открыта монахом из Пизы. Материалом служат насекомые – паразиты кактусов.

• П у р п у р – получали из раковин улиток-багрянок. (Для одного грамма краски требовалось 10 тысяч улиток.)

• С е п и я – коричневая, очень популярная краска у акварелистов из-за прозрачности цвета. Получают из красящего вещества моллюска каракатицы.

• З е л е н у ю краску можно получить даже из молодых листьев березы, что и делали раньше на Руси.

Список этот можно долго продолжать. Вы тоже можете, используя природные материалы и свой труд, получить краску в домашних условиях. Но сегодня на уроке мы будем работать с яичной темперой, специально изготовленной вчера группой ваших одноклассников, а моих помощников – лаборантов. Именно темперой пишут иконы в нашей Курской иконописной школе, возрождая древние традиции этого вида живописи.

Приготовить ее несложно, для этого потребуются пигменты различных цветов (часть нам дали живописцы иконописной школы, а часть мы сделали сами). Порошок малахита, густой луковый отвар и оксид хрома(III) смешивают с яичным желтком, в который добавляется очень мало подкисленной уксусом воды или белого сухого вина. Краска готова. (Учащиеся расписывают яйцо.)

Итог работы подводится путем краткого повторения и обобщения материала урока в форме фронтальной беседы.

Затем проводится викторина.

Викторина

1. Соединение какого металла называется «красная охра»?

(Соединение железа.)

2. На банке с краской написано «зеленый крон». Какой элемент-металл является основой красящего пигмента этой краски?

(Хром.)

3. Назовите несколько красок растительного или животного происхождения.

(Индиго, пурпур, шафран,
кошениль, сепия, марена.)

4. Из какой белой краски можно получить красную и как это сделать?

(Прокалив свинцовые белила,
получим красный сурик Рb₃О₄.)

5. Как в средние века называли оксид цинка?

(«Философская шерсть».)

6. Почему картины, написанные свинцовыми белилами, со временем темнеют?

(Из-за образования черного сульфида свинца.)

7. Оксид какого металла способен придавать ярко-синюю окраску стеклянным смальтам?

(Оксид кобальта.)

8. Какое вещество добавляют к цинковым белилам, чтобы придать краске огнезащитные свойства?

Домашнее задание

(задача отпечатана на карточках по числу учеников)

Задача. Для приготовления краски истерли в порошок малахит (СuОН)₂СО₃ и случайно поставили ступку на горячую плиту. Используя схему реакции:

(СuОН)₂СО₃ CuO + H₂O + CO₂,

ответьте на вопросы.

1) Как и почему изменилась окраска вещества?

2) Напишите уравнение данной реакции, т.е. расставьте коэффициенты в приведенной схеме.

3) Укажите тип данной реакции.

4) Рассчитайте массу и количество вещества полученного оксида меди(II), если разложилось 44,4 г малахита.

А.П.МИНАКОВА,
учитель средней
школы № 27 им. А.А.Дейнеки
(г. Курск)

* Некоторые исследователи связывают название минерала волконскоита с именем жены декабриста С.Г.Волконского – М.Н.Волконской. На самом деле новый минерал назван в честь министра двора князя П.М.Волконского в связи с его 50-летием. – Прим. ред.