Химия художественных пигментов

В некотором смысле каждый великий шедевр искусства — это также и великий шедевр химии: в технике живописи идеи художника выражаются через нанесение пигментов в определенном порядке на холст. А что такое пигменты, как не химические соединения особенно приятного цвета? Фактически, от самых ранних известных природных красителей до современных синтетических красителей, наука о красках сыграла важную роль в развитии химии.

Природные неорганические пигменты известны с древних времен. Оксиды железа и марганца (известные современным художникам как красные земли, охры, умбры и сиены) были обнаружены в наскальных рисунках. Художники Египта, Китая и античных цивилизаций использовали минеральные красители, такие как азурит (синий, CuCO₃ ∙ Cu(OH)₂), реальгар (красный, AsS), киноварь (вермильон, HgS), мел (белый, CaCO₃), барит (белый, BaSO₄) и аурипигмент (желтый, As₂S₃). Простые химические процессы, такие как прокаливание или окисление, использовались для получения других пигментов, таких как неаполитанская желтая (Pb(SbO₃)₂), египетская синяя (кальциево-медный силикат, CuO ∙ CaO ∙ SiO₂) и ярь-медянка (ацетат меди, Cu(CH₃COO)₂ ∙ H₂O).

Сырые пигменты представляют собой порошки окрашенных органических или неорганических соединений

Некоторые пигменты, использовавшиеся до современной эпохи, были получены из природных органических источников. Индиго и марена происходят из растений, а кармин и сепия выделяются из кошенильных насекомых и чернил каракатицы соответственно. Однако природные органические пигменты не очень устойчивы, и большинство из них были заменены более качественными синтетическими аналогами. Исключением является семейство углей, получаемых в результате карбонизации остатков животных или растений (известных как ламповая сажа, костяная чернь и слоновая чернь). Эти пигменты до сих пор широко используются.

Начиная с промышленной революции в XVIII веке, многие синтетические неорганические пигменты дополнили или заменили природные минеральные красители в качестве материалов для художников. Эти пигменты обладают преимуществами устойчивости, укрывистости, новизны цвета или стабильности (например, природный барит часто окрашен в розовый или желтый цвет из-за включений марганца или железа, тогда как синтетический вариант является чисто белым). Одним из самых ранних синтетических пигментов является берлинская лазурь (ферроцианид железа, Fe₄(Fe(CN)₆)₃), впервые полученная в 1704 году. Хроматы, оксиды и другие простые соли также нашли широкое применение в качестве красителей и обычно называются в соответствии с их оттенком и содержащимся металлическим катионом. Бариевая желтая (BaCrO₄), хромовая красная (PbCrO₄ ∙ Pb(OH)₂), марсовая черная (FeO), китайская белая (ZnO), кадмиевая оранжевая (CdS), виридиановая зеленая (Cr₂O₃ ∙ 2H₂O) и лазурная синяя (CoSnO₃) — примеры таких пигментов.

Художественные пигменты не теряют своих химических свойств после нанесения на холст. Хотя использование лаков для красок может в некоторой степени защитить их от воздействия атмосферы, красители всё же могут подвергаться химическим реакциям, характерным для их структуры. Свинцовые белила (2PbCO₃ ∙ Pb(OH)₂) и другие свинцовосодержащие пигменты реагируют с парами H₂S в загрязненном городском воздухе, образуя черный сульфид свинца (PbS), что приводит к нежелательному потемнению. Пигменты, содержащие оксиды и сульфиды, также могут разлагаться, реагируя с атмосферным CO₂ с образованием карбонатов металлов. Химические реакции с организмом человека также остаются неизменными, и по этой причине краски, содержащие мышьяк, свинец, кадмий и ртуть, считаются токсичными (термин «художественная колика» относится к отравлению свинцом при вдыхании или проглатывании пигментов).

Фрезерный станок смешивает пигменты с легкими маслами для получения масляной краски. Пигменты в красках обычно не растворяются, а скорее очень тонко диспергируются в масле или другой жидкости

За последнее столетие были разработаны новые классы синтетических органических красителей, которые более устойчивы, чем природные органические пигменты. Некоторые «органические» синтетики представляют собой металлические соединения, содержащие органические лиганды, такие как фталоцианиновый синий и зеленый (известные как «Талос» или Monastral), разработанные в 1920-х годах. Эти пигменты представляют собой соединения меди(II), содержащие сложный циклический органический фрагмент в качестве аниона. Другие синтетические красители являются чисто органическими соединениями, которые поглощают свет в видимой области благодаря своей структуре. Ализарин (1,2-дигидроксиантрахинон, синтетическая марена) и пигменты на основе хинакридона относятся к этому классу красителей.