Районная научная конференция молодых исследователей научно-социальной программы "Шаг в будущее"

Российская федерация, ХМАО-Югра

«Сравнительный анализ свойств красок,

полученных в школьной лаборатории, со свойствами фабричных красок»

Автор:

                                                Скареднева Анна Александровна

                                                                               Класс 9б

                                         Научный руководитель:

                                        Васильева Ирина Александровна

                                учитель химии и биологии СОШ №1

г. Белоярский

2016

«Сравнительный анализ свойств красок,

полученных в школьной лаборатории, со свойствами фабричных красок»

Скареднева Анна

Российская федерация

Ханты-Мансийский  автономный округ - Югра

город Белоярский

Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение Белоярского района

Средняя общеобразовательная школа №1 г. Белоярский, 9б класс

                                                                   Научная статья

Химия и искусство имеют внутреннюю общность,

которая коренится в их творческой природе.

        Марселен Бертло.

Как прекрасен и разнообразен мир искусства, особенно живопись. Какие уникальные картины и полотна созданы талантливыми художниками. Чтобы добиться наилучшего качества своих красок и долговечности полотен, художнику зачастую нужно быть не только изографом, но и химиком. О свойствах и составе красок, о техниках и виде живописи и многом другом узнали мы, окунувшись в мир красок.

Краски настолько органично вошли в жизнь человека, что он вспоминает о них очень часто и необязательно только в сугубо техническом или бытовом смысле. Краски стали образным воплощением акта творения Шекспира «Когда ты будешь создавать ей душу, возьми все краски мира…» и Пушкина «Учи меня, води моей рукой, все, все твоё: вот краски, кисть и лира…».

Итак, проблема: с одной стороныизвестно, что существуют краски. Что они многочисленные, разнообразны. С другой стороны, а как появились краски? Из чего они состоят? Можно ли самому изготовить краски в школьной химической лаборатории? И будут ли они уступать по свойствам фабричным краскам?

Объект исследования: гуашевые краски.

Предмет исследования:свойства красок (светостойкость, термостойкость, время высыхания, укрывистость).

Цель:

Сравнение свойств красок, полученных в условиях школьной химической лаборатории с фабричными.

Задачи:

1. Изучить  информационные источники о красках.

2. Изучить состав красок и способы их изготовления.

3. Получить краски в условиях школьной химической лаборатории.

4. Сравнить свойства, полученных красок с фабричными.

Гипотеза:

Если в условиях школьной химической лаборатории изготовить краски, то они будут по своим свойствам идентичны фабричным.

История возникновения красок

Прежде всего, мы разобрались в понятиях «красочный - цветной», «окраска - цвет». В большинстве случаев они употребляются как слова-синонимы. А цвет красок преимущественно обусловливают входящие в их состав пигменты (от лат. «pigmentum» - «краски»). Известно, что пигменты бывают природные и синтетические, органической и неорганической природы, хроматические (от греч. «chroma» - «цвет») и ахроматические. Ахроматические пигменты определяют белую и черную окраски, а также всю лежащую между ними серую цветовую гамму. Пожалуй, самый древний метод окраски в белый цвет - это побелка. Побелка - простой и доступный прием декоративной отделки, дошедший до наших дней через века. Не обошли ее вниманием и писатели. Так, Марк Твен очень увлекательно описал историю с побелкой забора: «Том вышел... с ведром известки и длинной кистью... Со вздохом обмакнул он кисть в известку, провел ею по верхней доске, потом проделал то же самое снова и остановился: как ничтожна белая  полоска по сравнению с огромным пространством некрашеного забора!». Как следует из приведенного описания, для побелки использовалась водная взвесь, или суспензия гашеной извести. [1]

Среди важнейших техник живописи масляная - наиболее «молодая». Легенда приписывает ее создание великому нидерландскомухудожнику Яну ван Эйку (1390-1441) -придворному живописцу бургундского герцога Филиппа Доброго (это историческое лицо вам, вероятно, известно по романам М. Дрюона), жившему в г. Брюгге. Однако не все историки отдают приоритет ван Эйку. Дело в том, что использование красок, стертых на растительном масле, практиковалось и до него. К тому же в темперной живописи традиционно применялись некоторые краски, «не терпящие желтка» и поэтому стертые на льняном или ореховом масле.[8]

Таким образом, не ван Эйк первым применил масло. Для приготовления красок использовали высыхающие масла: маковое, ореховое (из ядер грецких орехов), конопляное, 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.

В начале XIX столетия производство красок, как уже говорилось раньше, перешло в руки промышленников. Это было и хорошо и плохо. 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, и тем не менее художники иногда предпочитают собственноручно изготовлять необходимые им для работы холсты и краски.

Способы получения красок

Из глубины веков до нас дошла легенда об истории открытия одной из наиболее популярных художественных красок: красного сурика РЬзО4. Три тысячи лет назад в Греции основными поставщиками свинцовых белил  были ремесленники с острова Родос. Красок не хватало. Они были очень дороги.

Еще римские художники умели получать хорошую краску действием уксусной кислоты на металлическую медь.

Русские мастера для приготовления того же пигмента использовали следующий рецепт: «Молока кислова твороженово положите в сосуд медной, красной меди, не луженыя, да класти куски медные же в то молоко и, запечатав, поставите в тепло на 12 дней или больше и, распечатав, вынув, засушите: станет ярь».

Вначале XIX в. химиками был получен ряд соединений, на  основе  которых  начали  готовить  хорошие художественные краски. Одной из наиболее популярных их групп стали кроны, или хромы,- соли хромовой кислоты.

Многие соединения железа имеют желто-коричневую или красную окраску, некоторые из них служат основой охр - знаменитых  художественных красок. Однако не все знают, что наряду с желтыми и красными охрами существует синяя охра - вивианит. Ее состав выражается формулой Fе3(РО4)2*8Н2О.

Археологи обнаружили краски, полученные мастерами неолита на основе зеленых медьсодержащих минералов. Природные камни могут иметь самые причудливые цвета: «Мода... была из камней ягоды делать. Виноград там, смородину, малину и протча... Черну, скажем, смородину из агату делали, белу - из дурмашков, клубнику - из сургучной яшмы... Одним словом, всякой ягоде свой камень. Для корешков да листочков тоже свой порядок был: кое из офата, кое из малахита...».

Измельченный малахит  позволяет получать краски сине-зеленой гаммы.

Древние художники отыскивали материал для красок прямо под ногами. Из красной и жёлтой глины, тонко ее, растерев, можно получить красный и жёлтый краситель, или, как говорят художники, пигмент. Пигмент чёрный даёт уголь, белый - мел, лазорево – голубой или зелёный даёт малахит и лазурит. Зелёный пигмент дают и окиси металлов.

Первая синяя краска из лазурита продавалась 1кг за 600 франков. Краски из природных пигментов были не только разнообразных оттенков, но и удивительной прочности.

Компонентный состав красок

Краска-материал, служащий для придания цвета. Они состоят из пигмента и связующего вещества (таблица 1).

Таблица 1.

Основные компоненты красок и их назначение

Разные связующие вещества дают разные краски с разными названиями (таблица 2).

Таблица 2.

Виды красок и связующие вещества

Итак, я выяснила, что краски состоят из пигмента и связующего вещества.

Характеристика красок.

Светостойкость обозначается на маркировках звездочками, чем их больше, тем дольше цвет сохраняется без изменения, не выгорает.

Термостойкость - реакция краски на температурный режим.

Укрывистось - свойство краски распределяться по поверхности. Это очень важное свойство, и его приходится постоянно учитывать в работе.Ведь от того ляжет ли краска ровным аккуратным слоем или нет, будет зависеть качество изделия. Очень хорошо укрывают поверхность сажа газовая, краплак, ультрамарин. Плохую укрывистось имеют охра, оранжевый, лимонный (это относится к краскам разных видов: масляным, гуаши, темпере). Мазок, выполненый краской с хорошей укрывистостью, получается однородным, непрозрачным. Но не путайте плохую укрывистость с прозрачным мазком специальных лессировочных красок.

Время высыхания - тоже можно отнести к одной из характеристик красок. Дольше других сохнут белая, черная, красная, лимонная. 

Таким образом, кроме технических характеристик следует учесть, что краски могут обладать и спецэффектами: быть флюорисцентными, могут содержать вкропления типа искорок, быть матовыми, глянцывыми.

Получение красок в лаборатории

Существует большое количество фабрик по производству различных красок. Большим спросом пользуются акварельные и гуашевые краски. Прежде чем определить какие краски приготовить в школьной лаборатории я изучила технологии их производства на заводе.

Краски для акварели производятся путем перетирания порошковых пигментов с водорастворимым связующим средством, которое состоит преимущественно из гуммиарабика, но включает также глицерин в качестве пластификатора, смачивающего вещества, такого, как бычья желчь, и (в случае необходимости) загустителя, например, гуммитрагаканта. К другим видам загустителей относится крахмал, декстрин или разбухающая глина. Обычно в краски также добавляется консервант, который действует как противогрибковый и бактерицидный агент. Кроме того, в случае крайней необходимости для контроля над свойствами определенной краски к другим ингредиентам иногда добавляются наполнители, которые могут образовывать белую окраску. К каждому из используемых в составе краски пигментов предъявляются различные требования. Огромное значение для качества готового продукта имеет точное соблюдение заданных пропорций одного или нескольких ингредиентов. Поэтому процесс производства акварельных красок считается сложным, требующим наличия у работников большого опыта работы в этой сфере и соответствующих знаний.

К акварельным краскам весьма близки по составу гуашевые (плакатные) краски. Но помимо вышеперечисленных компонентов, в гуашь также входят белила, придающие ей более плотную, непрозрачную, пластичную и при этом текучую консистенцию. А также эти краски более просты в изготовлении, т. к. не  требуют высокой точности в соблюдении пропорций различных компонентов. Поэтому именно гуашевые краски легче получить в школьной химической лаборатории, что я и решила сделать.

Я проделала ряд опытов по получению красок. Для этого были взяты пигменты CuCl2 (хлорид меди), Fe2O3(оксид железа III), CuO (оксид меди), Cu(OH)2 (гидроксид меди), PbO (оксид свинца),KMnO4 (перманганат калия),KFe[Fe(CN)₆] (берлинская лазурь), крахмальный клейстер, вода (рис. 1). [5]

Рис. 1. Пигменты для приготовления красок

Каждое вещество - пигмент насыпали в отдельный химический стакан. Необходимо брать  малое количество вещества. Далее добавляем в каждое углубление крахмальный клейстер и размешиваем стеклянной палочкой, ополаскивая её в воде после каждого перемешивания.

После добавляем к каждой смеси немного оксида цинка и перемешиваем. Разбавляем немного водой, если краска получилась слишком густой. Таким образом,   получилась гуашь (рис. 2).

Рис. 2.Приготовленные краски

 Затем я провела ряд опытов по изучению характеристик полученных красок. Гуашь полученная в лаборатории и гуашь фабричная были исследованы на термостойкость, время высыхания, светостойкость и укрывистость. Были получены следующие результаты:

1. Изучение термостойкости.

При изучении термостойкости несколько цветов красок были нанесены на лист бумаги и поднесены к пламени спиртовки. Опыт, который проводился в течении 1 минуты показал, что гуашь купленная в магазине оказалась более стойкой к воздействию температуры (цвета не изменились), а вот краски полученные в школьной лаборатории менее стойкие (зеленая краска, полученная из хлорида меди начала менять свой цвет на желтый).(рис. 3)

                                       Гуашь магазинная                           Гуашь школьной лаборатории

Рис.3 Изучение термостойкости

2. Изучение времени высыхания.

Для изучения времени высыхания нам понадобились одинаковые объемы краски, лист бумаги и секундомер. Краски были по очереди нанесены на лист бумаги равной площади и оставлены до полного высыхания. Гуашь, полученная в лаборатории, высохла за 1 минуту 30 секунд, а фабричная ровно за 1 минуту. (рис. 4)

Рис. 4 Время высыхания

3. Изучение укрывистости.

Краски были исследованы на способность их закрывать цвет основания при нанесении на поверхность бумаги.

Мазки выполнение краской, полученной в школьной лаборатории показали следующие результаты: зеленый и черный цвета – мазок неоднородный, прозрачный; коричневый, желтый – однородный и непрозрачный, что говорит о их хорошей укрывистости.

Мазки, выполненый фабричной краской, получились однородными, непрозрачными, что говорит о хорошей укрывистости (рис. 5).

                Гуашь фабричная                         Гуашь школьной лаборатории

Рис. 5 Укрывистость красок

4. Изучение светостойкости.

Для изучения светостойкости краски были нанесены на лист бумаги и оставлены на несколько дней на подоконнике. Еженедельно проводилось сравнение изучаемых красок (в течении месяца). Ни фабричные краски, ни краски, полученные в школьной лаборатории не утратили своего колорита, т.е. их цвета остались такими же яркими как и при нанесении.

Результаты экспериментов

Теперь я знаю, из чего состоят краски. Приготовить некоторые краски можно в лабораторных условиях кабинета химии.

Полученные краски отличались по консистенции и качествам:

• гуашевые краски, приготовленные в условиях школьной лаборатории, легко набирались на кисточку, быстро высыхали, но уступали по колориту фабричным краскам;
• пигменты хорошо смешивались с маслом, легко набиралась на кисточку, но на бумаге оставляли жирный след и долго высыхали;
• фабричные масляные краски более яркие, чем краски приготовленные нами, но они так же оставляют жирный след и долго высыхают.

Полученные краски имеют преимущества и недостатки: экологически чистые, бесплатные, имеют естественные цвета, но трудоемкие, нет ярких цветов и их неудобно хранить.

Итак, чтобы приготовить краску, нужно смешать пигмент (CuCl2 - зеленый, Fe2O3 - коричневый, CuO - черный, Cu(OH)2- голубой, PbO – желтый, KMnO4- малиновый,KFe[Fe(CN)₆] – синий) со связующим веществом (крахмальный клейстер, масло, вода).

Заключение

Таким образом, история красок началась вместе с появлением человека. Краски для рисования состоят из пигмента и связующего вещества. Изначально в качестве пигмента использовали землю, глину, уголь, мел, малахит, лазурит. В качестве связующего вещества использовали яйца, масло, воду, воск.  Сейчас краски изготавливают в лабораториях и на заводах из химических элементов.

Проделанная работа позволила мне убедиться в большом разнообразии красок, их многоцветии, их неповторимости. Исследовав краски различных видов: масляные, гуашевые и т.п. и я подтвердила их химическую природу: это оксиды, соли и т.д.

Из приготовленных красок мною нарисованы рисунки, которые демонстрируются на внеклассных мероприятиях (см. приложение 1). Следовательно, цель, поставленная мною, достигнута, гипотеза доказана частично. Однако я не претендую на полное раскрытие проблемы. Надеюсь на ее продолжение в будущем.

Список литературы

1.Алексеева В. В. Что такое искусство? – М.: Советский художник, 1973.

2. Атанасова И. Словарь терминов изобразительного искусства. – Велико Терново, 2006

3. Бродская Н. Импрессионизм. Открытие света и цвета.-М.: Аврора,2009

4. Ю.Н. Кукушкин« Химия вокруг нас» Дрофа, 2003 год

5. Петров Всеволод. Мир искусства. Художественное объединение ХХ ..-М.:  Аврора,2009

6.И. М. Титова «Вещества и материалы в руках художника», М., 2001 г.

7. Энциклопедия для детей: Искусство. Часть 2.- М.: Аванта+, 2005.

Интернет-ресурсы:

1. ru.wikipedia.org
2. images.yandex.ru