От 380 до 750 нанометров — именно такой диапазон электромагнитных волн способен воспринимать наш глаз и в этот узкий коридор помещается десять миллионов вариаций цвета. Самый весомый вклад в это разнообразие внесла химия.
Всё началось с чёрного
Сажа (или чистый аморфный углерод) стала первой краской в руках первобытного человека. Сцены из жизни и животные, которых рисовали древние люди на стенах пещер, были первыми в своём роде произведениями искусства. Но монохроматичные наскальные изображения не добавляли уюта жилищам, поэтому естественным стало желание расширить палитру.
Тёмно-красным цветом обладает сурик или оксид железа (II) с примесями силиката алюминия или кварца. В древности этот предварительно истолчённый твёрдый пигмент смешивали с маслом или яичным желтком и в результате получали устойчивую к свету краску. И сейчас сурик в смеси с органическими лаками применяется для окрашивания дерева, стали и бетона.
С середины XIX столетия зелёный цвет представляет оксид хрома (III) или хромовая зелень, этот пигмент до сих пор применяется в масляных красках под кодом PG-17. А пришёл он на смену натуральной минеральной краске, получившей название богемская земля, в её основе соединения кремния и смесь множества минералов. Этот светло-зелёный пигмент известен человечеству ещё со времён Римской империи — при раскопках Помпеи находили кувшины с богемской землёй.
Минералы надолго стали основой для краски. Так, редкий полудрагоценный камень лазурит из рода алюмосиликатов в перетёртом состоянии стал основой для удивительно красивого ультрамарина. Эта краска глубокого синего цвета стала использоваться раньше всех на Востоке — ориентировочно в VI-VII веке и только через несколько веков появилась в Европе.
Около 30 тыс. лет назад появилась охра — краска, имеющая диапазон цвета от светло-жёлтого до жёлто-коричневого с красноватым оттенком. С точки зрения химии, охра является гидратом оксида железа (Fe2 O 3 ·H 2 O или Fe 2 O 3 ·3H 2 O) в смеси с глиной. Такая пигментная минеральная краска буквально лежала под ногами и очень долго держала цвет — до сих пор находят рисунки, выполненные охрой более тысячи лет назад. Оксид марганца (MnO2 ) может составить компанию окислам железа в глине и тогда окрас охры сменится насыщенным коричневым — получится умбра. Удивительно, но такие древние пигменты до сих пор используют для окрашивания резины, цемента, бумаги, пластмассы, а некоторые художники применяют их в живописи. Химическая стойкость оксидов металлов обеспечивает достойное долголетие цвету.
КАКОЙ ЦВЕТ САМЫЙ ВОСТРЕБОВАННЫЙ
Белый! 2PbCO 3 ·Pb(OH)2 — именно такую сложную формулу имеет используемый в древности минерал под названием свинцовые белила, по-научному — основной карбонат свинца. Всех должно насторожить наличие в составе этого пигмента токсичного свинца. Но люди со времён античности использовали такие белила, причём даже в косметике и ничего не знали о вреде для здоровья. К разряду отравляющих красок относится минерал киноварь или сульфид ртути (HgS) — красный пигмент, который научились получать искусственно уже в VIII веке. Такие краски сегодня применяются крайне ограниченно.
Пурпур, кошениль и «синее золото»
Средиземноморский моллюск иглянка стал в древности источником, пожалуй, самого дорогого красителя — пурпура. Уничтожение несчастных животных в те времена стало массовым явлением, так как для получения всего одного грамма красителя требовалось порядка 8000 иглянок! Из-за дороговизны краски одеяния пурпурного цвета могли себе позволить лишь люди королевских кровей, отчего пурпур стал символом монархии. Интересно, что с падением древнего Константинополя в 1453 году более чем на двести лет был утрачен секрет получения пурпура.
Переоткрыл метод итальянец Бартоломео Бизио, а синтетические аналоги стали доступны только к концу XIX века — так популяция моллюска иглянки была спасена от неминуемого уничтожения. С точки зрения химии, красителем пурпуром является сложное органическое вещество под названием 6,6’-диброминдиго.
Двести тысяч самок кошенильного червеца должны быть принесены в жертву ради одного-единственного грамма карминового красителя или кошенили. Это краска выраженного красного цвета является производным карминовой кислоты и в древности применялась для письма по пергаменту и окраски тканей. Даже сейчас, в эпоху развития органической химии, кошенильного червеца продолжают культивировать на их привычном месте обитания — кактусе опунция. Современный кармин находит применение в пищевой промышленности (краситель E120 Carmines) и гистологии для окрашивания микропрепаратов.
Гораздо более заботливо к окружающей среде относились индейцы, впервые открывшие метод получения пигмента индиго или «синего золота», как его называли в Средневековье. Из 100 килограммов листьев растения индигофера красильная можно получить целых 3 килограмма чрезвычайно прочного красителя. Для этого листья вымачивали и оставляли в воде на некоторое время для превращения прозрачного вещества индикана в синий индиготин. Далее осадок сливали, промывали щёлочью, спрессовывали и высушивали — после таких манипуляций получали порошок насыщенного синего цвета, используемый для окрашивания тканей. Сейчас синтетический индиго, появившийся в 1880 году, производится в больших масштабах и применяется преимущественно для получения знаменитого синего цвета джинсов
Эпоха синтеза
В 1771 году пикриновая кислота стала первым красителем, синтезированным искусственно, однако широкого распространения в качестве краски этот жёлтый пигмент не получил из-за своей… взрывоопасности. Что прославило его гораздо больше на полях сражений в составе начинки для снарядов.
Более полувека спустя, в 1856 году химик Уильям Перкин получил вещество чёрного цвета, при растворении в этаноле оно превращалось в лиловую жидкость, которая совершенно не отстирывалась от тканей. Так родился знаменитый мовеин Перкина, ставший главным трендом в моде 60-х годов XIX столетия.
Со временем технологии получения синтетических органических красок стали одними из главных в химии. Краски превратились в очень сложный «коктейль» из пигментов, плёнкообразующих веществ, растворителей и нередко сиккативов — соединений, ответственных за быстрое высыхание. Масляная краска в качестве основы содержит алкидные смолы, а иногда и простые растительные масла — льняное и конопляное. А эмали получают, растворяя измельчённые пигменты в специальных лаках, ответственных за быстрое образование плёнки. Смешав в определённых пропорциях воду, красящие пигменты и полимерную основу, можно получить эмульсионные краски. Тут стоит вспомнить, что эмульсия — это взвесь очень мелких капель одного вещества в другом. В 1950-х годах на основе полимеров появились порошковые краски, которые в сухом виде напыляются на изделия, а затем при нагреве в печи образуют прочное плёночное покрытие.
А чем же пользуются художники? Акварелью — смесью красящих пигментов с пшеничным крахмалом или декстрином, которую для применения стоит только развести в воде. Для более плотного и матового цвета можно добавить белила — тогда получится гуашь. Часто используемая художниками масляная краска ничем не отличается от промышленной, разве только отсутствием токсичных для человека соединений.
Замечательными свойствами обладают особые люминофорные краски, способные светиться при попадании невидимого ультрафиолетового излучения — это явление носит название флуоресценция. Используют такие краски для рекламных афиш, одежды, в качестве добавок в шампуни и даже напитки. Поглощая ультрафиолет, краски излучают зелёные, красные и оранжевые лучи. Денежные купюры для защиты от подделок также окрашиваются особыми люминофорными красками. Почти волшебные свойства имеют флуоресцентные краски, светящиеся в темноте. Для этого их предварительно освещают ультрафиолетом, после чего они в течение нескольких минут, часов или даже суток могут излучать свет в видимом человеку диапазоне. Краски такого профиля нашли применение прежде всего в искусстве и рекламном бизнесе.
Изучая многообразие красок, можно сказать одно — без них наша жизнь превратилась бы в монохромные серые будни. А тысячелетняя история химии красок не закончена — впереди ещё много новых оттенков, неожиданных свойств и вариантов применения.
