Заняття хімічного гуртка: «Хімія і живопис»

Мета: закріпити знання про зв’язок хімічної науки та суспільної практики, про роль хімії у розвитку цивілізації. Синтезувати мінеральні пігменти та виготовити живописні фарби на їх основі. Здійснювати естетичне виховання студентів.

Обладнання: репродукції шедеврів світового мистецтва, картини місцевих художників, реактиви для дослідів, папір для малювання, пензлики, ТЗН.

Хід заняття

І. Мотивація навчальної діяльності

Хімія – дивовижна наука, яка охоплює всі аспекти людської діяльності. Ще у ХVIII столітті Михайло Васильович Ломоносов сказав про неї: «Широко простирає хімія руки свої у справи людські. І скрізь, куди не кинемо погляд, бачимо ми плоди її старанності».

Погляньте на ці твори живопису. Який зв’язок між цими картинами та малюнками і хімією? Як ви гадаєте, підприємства якої галузі промисловості виготовляють художньо-живописні фарби?

Сучасні фарби, якими користуються художники – акварельні і гуашеві, масляні і анілінові, виготовляють на підприємствах хімічної промисловості. Але синтезувати штучні фарби вчені навчилися лише в 18 столітті. Чим же користувалися художники до цього часу?

На сьогоднішньому занятті ми здійснимо екскурсію в далеке минуле, дізнаємося, якими фарбами користувалися найдавніші художники, розширимо знання про мистецтво. Ми дізнаємося про формули та назви найуживаніших пігментів, синтезуємо їх, створимо на їх основі фарби. У вас буде унікальна можливість не лише отримати хімічні речовини, але й використати їх за призначенням: намалювати картину за допомогою створених вами фарб.

             ІІ. Вивчення нового матеріалу

За кілька днів до заняття студенти отримують теми проектів, які стосуються історії живопису та способів отримання живописних пігментів. Студенти об’єднуються в шість груп. Кожна група отримує завдання підготувати матеріал по одному з питань теоретичного та експериментального турів. Студентам необхідно відшукати відповідні джерела інформації, опрацювати їх, виділити головне, підготувати виступ, одночасно науковий та цікавий, сумістити в ньому інформацію різних галузей знань, знайти матеріали для унаочнення.

Експериментальну частину студенти готують заздалегідь в хімічній лабораторії. Досліди планують самі, узгоджують їх з викладачем і виконують під його керівництвом.

 

Маршрутний лист заняття хімічного гуртка

Станція І – теоретична – “Палітра стародавніх художників”.

Зупинка 1. Печера Альтаміра.

 2. Стародавній Єгипет.

 3. Древній Рим.

 4. Київська Русь.

 5. Лабораторія хіміка.

 6. Місячна ніч на Дніпрі.

Станція ІІ – експериментальна – “Усі кольори райдуги”.

Зупинка 1. Червоний.

 2. Оранжевий.

 3. Жовтий.

 4. Зелений.

 5. Блакитний.

 6. Синій.

1. Печера Альтаміра

«Тату, поглянь – бізони!», – за переказами саме такі слова вперше прозвучали в печері, яку обстежував французький вчений разом зі своєю шестирічною донькою. Перед очима спелеолога з’явилися дивовижні зображення. На стіні печери були намальовані могутні бізони, швидконогі олені, тендітні лані. Більше всього вражало те, що малюнки були кольоровими.

Одразу після відкриття печера Альтаміра, що знаходиться в іспанській провінції, ввійшла до числа найвідоміших місць земної кулі. Її відвідали мільйони туристів з усіх кінців світу. Унікальність печери в тому, що це – найдавніший зразок доісторичного живопису. Малюнки виконав художник часів палеоліту, що жив 35-40 тисяч років тому. Незважаючи на обмежений набір фарб, якими стали різнокольорові глини, вугілля, крейда, живопис в печері Альтаміра важливий як свідчення відвічного бажання людини зображувати світ у кольорі.

Фрагмент живопису первісної людини з печери Альтаміра

2. Стародавній Єгипет

Палітра художників давнини розширювалася досить повільно. Однак уже п’ять тисяч років тому в Єгипті крім червоної та жовтої фарб (ними служили кольорові глини) були відомі зелені та сині пігменти. Їх дивовижна стійкість пояснюється тим, що в більшості своїй це були оксиди, або солі, тобто найбільш стійкі природні сполуки, вік яких на Землі сягає мільярдів років. За даними хімічних досліджень, синій пігмент являв собою розтерте в порошок мідне скло. Зелений пігмент був, напевне, мідянкою – (СН₃СОО)₂Сu. Темно-синя глазур містила оксид кобальту, який і зараз використовують при виготовленні синього скла.

Мал.2. Полювання на Нілі.

Фрагмент настінного живопису з гробниці в Фівах. Середина ІІ тис. до н. е.

3. Древній Рим

З часом кількість відомих людині фарб зростала. У відомій праці давньоримського філософа Плінія Старшого «Історія» згадується і червона кіновар, і свинцеве білило. Але найвідомішим барвником стародавнього світу був славнозвісний пурпур. Добували його з молюсків – мурексів. Їх виймали з черепашок, подрібнювали, посипали сіллю, а потім проварювали. При цьому барвні речовини переходили в розчин, при випарюванні якого отримували пурпур. Щоб добути один грам барвника необхідно було переробити близько десяти тисяч молюсків. Коли Олександр Македонський захопив місто Сузи, в скарбниці, серед інших коштовностей він побачив кілька тон дорогоцінного пурпуру. Щоб його отримати, потрібно було знищити 40 мільярдів молюсків. Намисто з їх раковин охопило б Землю по екватору кілька десятків разів.

4. Київська Русь.

Художники та літописці древньої Русі вже мали певний асортимент фарб. При написанні пам’яток руської писемності «Євангеліє»(1056 рік), «Ізборник Святослава» (1073 рік) використовувалися і червона кіновар, і свинцеві білила, і мідянка, і ультрамарин, і барвники на рослинній основі. Та все ж палітра художніх пігментів була бідною. Всесвітньо відомий іконописець Андрій Рубльов (початок ХV ст.) використовував у своїй творчості лише шість основних пігментів. Змішуючи їх у різних пропорціях, він отримував величезну різноманітність відтінків.

 

Будівництво укріплень. Фрагмент Радзвіллівського літопису. ХІІ ст.

5. Лабораторія хіміка

Лише у ХVIII столітті розпочався синтез штучних пігментів. У 1751 році М. В. Ломоносов у своїй промові «Слово про користь хімії», виголошеній на засіданні Академії наук, говорить про це: «Часто фарби не зберігають свій колір та яскравість, але в короткий час змінюються, темніють, і, зрештою, красу свою втрачають. До кого ж за допомогою звернутися? Хто знайти може тривалий і незмінний засіб живопису? Та ж хімія».

Штучні пігменти набагато дешевші за природні, мають більш чисті кольори і дають величезну кількість відтінків. На сьогодні відомі фарби, які світяться в темряві, змінюють свій колір у залежності від температури, тощо.

Використовуючи світні фарбі, російський художник Микола Реріх досяг дивовижного ефекту в зображенні пейзажів. Картини сяючих гірських вершин або неба, осяяного сонячними променями, зачаровують глядачів.

М. Реріх. Гімалаї

6. Місячна ніч на Дніпрі

Художник ХІХ століття Архип Іванович Куїнджі не знав, що колись винайдуть фарби, здатні світитися в темряві. Але його картина ніби передбачила їх існування. Усипане яскравими зірками глибоке темно-синє небо, осяяні місячним сяйвом білі хати степового сільця, стрункі пірамідальні тополі та зарослий очеретом ставок були написані художником з дивовижним поєднанням достовірності та поетичності образу, змушуючи не лише зачудовуватися майстерністю ілюзії, але й згадувати натхненні описи дивовижної української ночі у Пушкіна та Гоголя.

«Місяць залив все навколо своїм світлом. Срібним блиском віддзеркалюють зеленкуваті води Дніпра. Білі стіни ніби випромінюють сяйво». Сучасники вважали, що художник використовує якісь секретні фарби. Напевно, вони помилялися.

Картину «Місячна ніч на Дніпрі» високо цінував Дмитро Іванович Менделєєв, не лише видатний хімік, але і знавець мистецтва, член Академії художеств. Менделєєв писав: «Перед «Дніпровською ніччю» А.І.Куїнджі, як я думаю, замріється мрійник, у художника з’явиться своя думка про мистецтво, поет заговорить віршами, у мислителя народяться нові ідеї – кожному вона дасть своє».

А. Куїнджі. Українська ніч. 1876 р.

Викладач. Закінчується наша подорож в історію живопису. Ми можемо зробити дещо несподіваний висновок: кожен твір живопису відображає рівень хімічних знань даної епохи.

Перед початком експерментального туру проводиться інструктаж з техніки безпеки.

Демонстраційний дослід «Вогняна райдуга».

Підпалюємо смужки фільтрувального паперу, оброблені розчинами речовин, що забарвлюють полум’я у різні кольори:

Sr²⁺ – малиновий колір полум’я

Са²⁺– цегельно-червоний колір полум’я

Nа⁺– жовтий колір полум’я

Н₃ВО₃– зелений колір полум’я

Рb²⁺– блакитний колір полум’я

Сu²⁺– синій колір полум’я

К⁺– фіолетовий колір полум’я

Даний дослід підказав нам не лише назву експериментальної станції «Усі кольори райдуги», але й напрямок пошуку. Йони металів забарвили полум’я. Вони ж, як правило, відповідають за забарвлення пігментів. Пересвідчитися в цьому ви можете проаналізувавши дані таблиці 1: більшість пігментів, що використовуються в живопису, є сполуками металів.

Таблиця 1

Найуживаніші живописні пігменти

Колір	Художня назва пігменту	Хімічна формула
Червоний	Кіновар Залізний сурик Свинцевий сурик Кадмій червоний	HgS 75-95% Fе2О­3 Рb3О4 CdS
Оранжевий	Вохра Марс	12-75% Fе2О3+домішки|

           

Жовтий	Массикот Хромовий жовтий	РbО РbСrО4
Зелений	Яр-мідянка Хромовий зелений	Сu(СН3СОО)2 Сr2О3
Синій	Кобальт Лазурит (ультрамарин) Берлінська лазур	СоАl2О4 Na8Аl6Si6S4О24  Fe4[Fе(СN)6]3
Білий	Свинцеве білило Титанове білило	РbСО3 ТіО2
Чорний	Лампова сажа Марс чорний	С Fe3О4

Лабораторна робота.

Виготовлення художньо-живописних пігментів та фарб на їх основі

 1. Червоні пігменти

Одним з природних пігментів червоного кольору є кіновар – HgS. Ця природна ртутна руда здавна відома людині. Її велике родовище є на Україні. Це – Микитівське родовище, що на Донбасі. Стародавні греки виготовляли фарби з руди саме цього родовища, отримуючи її у результаті торгівлі зі скіфами. Кіновар – найяскравіший природний пігмент червоного кольору. Проте має вона й певні недоліки. По-перше, - це отруйна речовина, і поводитися з нею слід обережно. По-друге, на холоді змінюється її кристалічна структура, і колір кіноварі з яскраво-червоного перетворюється на чорний. Про це писалося ще в давньоруських книгах: «А кіноварем писати всередині церкви, а ззовні не писати, бо почорніє».

 Інший відомий пігмент буро-червоного кольору – залізний сурик (75-95% Fе₂О­₃). Ця недорога речовина широко використовується для фарбування залізничних цистерн, інших об’єктів з метою захисту їх від корозії. В промисловості залізний сурик добувають прожарюванням залізного купоросу (FeSO₄´7Н₂О), але ми отримаємо його іншим способом.

Дослід. Добування залізного сурику.

Зливаємо розчини FeCl₃ і NaОН. Випадає бурий осад Fe(OH)₃:

FeCl₃+ 3NaОН= Fe(OH)₃+3NaCl

Осад відфільтровуємо і прожарюємо в фарфоровій чашечці.

2Fe(OH)₃= Fe₂О₃+Н₂О

2. Оранжеві пігменти

«Упала з неба райдуга, розбилася, розсипалася на кольорові камінці. Опустилися райдужні камінці на дно синього озера, покотили їх хвилі, викинули на берег. Зібрав чарівні камінці художник Діонісій, розтер в порошок, виготовив фарби. Розписав тими фарбами монастир на високому пагорбі поміж синіх озер». І сьогодні розпис Ферапонтова монастиря чарує чистотою, яскравістю фарб, що не потьмяніли за п’ять віків. А чарівними фарбами були звичайні глини, або вохри, як називають їх художники. Біля 100 кольорів налічують мистецтвознавці в роботах іконописця ХV ст. Діонісія. Всі його фарби належать до типу вохр. Натуральні вохри як правило не мають чистого кольору, для них характерний землистий відтінок. Їм на зміну прийшли штучні вохри – марси, названі так за кольором червоної планети.

Дослід. Добування марсів.

Зливаємо розчини FeSO₄ і Ca(OH)₂. Випадає жовто-оранжевий осад Fe(OH)₂ і CaSO₄:

FeSO₄+Ca(OH)₂=Fe(OH)₂+CaSO₄

Оранжевий, червоний, фіолетовий, чорний марси отримують прожарюванням жовтого марсу. Чим вища температура, тим темніший колір:

4Fe(OH)₂+O₂+2H₂O=4Fe(OH)₃

Мал. 3. Архангел Михаїл. Деталь ікони новгородської школи. ХVст.

 3. Жовті пігменти

Пліній пише, що жовтий пігмент – массикот – РbО і червоний – свинцевий сурик – Рb₃О₄ були відкриті в результаті пожежі в гавані Пірея. Тут загинуло багато бочок з свинцевим білилом РbСО₃, але після пожежі виявилося, що білило перетворилося у жовтий або червоний пігмент:

РbСО₃=РbО+СО₂                                        6РbО+О₂=2Рb₃О₄

 Жовтими пігментами є також хромати деяких металів: барію, цинку, плюмбуму.

Дослід. Добування хромового жовтого.

Зливаємо розчини К₂СrО₄ і Рb(СН₃СОО)₂. Випадає жовтий осад РbСrО₄:

К₂СrО₄ +Рb(СН₃СОО)₂=РbСrО₄+2СН₃СООК

4. Зелені пігменти.

Зелений колір – колір листя та трави – найпоширеніший у живій природі. Зумовлений він наявністю в клітинах рослин складної органічної речовини – хлорофілу. А от мінеральних пігментів зеленого кольору дуже мало. Художники намагалися зарадити справі виготовляючи фарби на основі рослинних пігментів. Але фарби ці недовговічні. З часом вони, як і листя на деревах, змінюють свій колір. Саме тому на пейзажах давніх майстрів часто домінують коричневі тони.

Італійський пейзаж. ХVIІ століття

Ще в І столітті до н.е. був відомий мінеральний пігмент синьо-зеленого кольору – яр-мідянка. Саме його ми й синтезуємо. Послухайте рецепт виготовлення цього пігменту, який пропонує старовинна книга: «Молока кислого налити в мідний посуд, покласти туди ж шматки міді і, закривши, поставити в тепле місце на 12 днів або більше. Потім розкрити, висушити. І стане яр».

Ми отримаємо цей пігмент дещо швидшим способом.

Дослід. Добування яр-мідянки.

У пробірку наливають розчини СuCl₂ і CH₃COOK. Випадає зеленкуватий

осад Cu(CH₃COO)₂:

СuCl₂+2CH₃COOK=Cu(CH₃COO)₂+2KCl

Яр-мідянка нестійкий пігмент, легко розкладається як кислотами, так і лугами. А пігмент зеленого кольору винятково стійкий до дії температури, світла, води, лугів та кислот був відкритий лише в кінці ХVIII сторіччя.

Демонстраційний дослід «Вулкан»

На металеву пластинку висипають 5-10 г ретельно розтертого

(NH₄)₂Cr₂O₇, підпалюють. Відбувається реакція:

(NH₄)₂Cr₂O₇=Cr₂O₃+4H₂O+N₂

 З «кратера» вилітає сніп іскор і «вулканічний попіл» – зелений Cr₂O₃.

 Завдяки своїй винятковій стійкості до дії різноманітних впливів цей пігмент використовується при друкуванні паперових грошей багатьох країн, в тому числі і «зелених» доларів США.

5. Блакитний та синій пігменти.

Найдорожчим з усіх, коли-небудь використовуваних людиною мінеральних пігментів, був блакитно-синій лазурит. Довгий час єдиним у світі родовищем лазуриту були Бадахшанські копальні в горах Афганістану. Звідти, через Бухару, везли його в Європу Ціна коливалася і сягала трикратної ціни золота. В давніх рукописах писали: «Ніжний і високий колір має лазурит, десять днів пробуде в полум’ї і не втратить його». Говорять, коли Андрій Рубльов писав свою найвідомішу ікону «Трійця», він дістав дорогоцінного лазуриту і саме ним виконав вбрання центральної фігури. В ХІХ столітті було здійснено синтез штучного лазуриту. А пізніше синтезували ще один пігмент синього кольору – берлінську лазур.

 Андрій Рубльов. Трійця. ХVст.

Дослід. Добування берлінської лазурі

В пробірку наливають розчин FeCl₃ і доливають розчину жовтої кров’яної

солі K₄[Fe(CN)₆]. Випадає синій осад Fe₄[Fe(CN)₆]₃:

4FeCl₃+3K₄[Fe(CN)₆]= Fe₄[Fe(CN)₆]₃+12 KCl

Отримані пігменти є основою різних фарб. Пігмент визначає колір фарби. Вид фарби: акварельна, гуашева, масляна, тощо визначається зв’язуючою речовиною, що прикріплює частинки пігменту до полотна. Так, медові фарби готуються на основі меду, темпера – на основі жовтка яйця. З 16 століття головним видом живопису став олійний ( зв’язуючі – різні висихаючі олії).Для виготовлення олійних фарб отримані пігменти необхідно відфільтрувати, промити, висушити, розтерти в порошок, і по краплині додавати будь-яку висихаючу олію.

За браком часу можна виготовити водоемульсійні фарби: пігмент змішується з полівінілацетатом більш відомим як клей ПВА.

Дослід. Отримання водоемульсійних фарб

Пігменти відфільтрувати, додати в кожен кілька краплин клею ПВА, розмішати.

Фарби готові. Спробуйте намалювати за допомогою них хоча б найпростіший малюнок. Хай на ньому червоніють маки, синіють волошки, золотиться пшеничне колосся.

 Успіхів вам !

Висновок: На сьогоднішньому занятті ми повторили шлях художників давнини, які перед тим, як розпочати писати картину, мали виготовити полотно, пігменти, отримати з них фарби.

Є легенда про художника, що жив у прадавні часи. Картини його чарували чистими, яскравими кольорами. Але люди, що придбали ці картини, хворіли та помирали. Та й сам художник помер зовсім молодим.

Можна припустити, що причиною смерті власників картин були фарби, що містили отруйні речовини. Так це, чи ні – лишилося загадкою. Так само невідомо, чи то сам художник не знав про смертельну отруйність своїх фарб, чи то знав, але не міг відмовитися від отруйних домішок, бо саме вони робили фарби особливо яскравими та стійкими.

Як би то не було, людина повинна знати властивості речовин, якими вона користується, і які її оточують. А отже, вивчення хімії – життєва необхідність для кожного з нас.