VIDEO: preparazione di pigmenti colorati

Nell’antichità i pigmenti colorati utilizzati dai pittori insieme ad oli, leganti ed altri coadiuvanti, per preparare i loro colori, erano sostanze trovate tal quali in natura, ad esempio l’ocra, il carbone ed il lapislazzuli; quando agli albori della chimica iniziarono a comparire nel mondo dell’arte i primi pigmenti di sintesi, questi erano di natura comunque inorganica ma ottenuti in modo semplice e diretto, solitamente tramite un’unica reazione, a partire da materiali facilmente reperibili in natura, soprattutto nel mondo minerale.

A differenza della semplice macinazione di un minerale già di per sé colorato, come ad esempio la malachite, del cinabro o del lapislazzuli, il processo di preparazione diciamo così “artificiale” aveva indubbi vantaggi:
in primo luogo la possibilità di produrre colorazioni del tutto nuove ed introvabili i natura, in secondo luogo l’uniformità e la riproducibilità del prodotto ottenuto, in terzo luogo la disponibilità di un prodotto insolubile in acqua (nessuno di solito desidera che la propria pittura si sciolga alla prima traccia di umidità!) e già suddivisa in modo finissimo senza bisogno di ulteriori macinazioni.

Guardate per esempio la reazione nel seguente video, che è quella utilizzata da secoli per la preparazione del blu di prussia:

Le due materie prime utilizzate sono il ferrocianuro di potassio (non pensate nemmeno per un momento alla tossicità del rinomato cianuro!) ed un sale di ferro(II) come ad esempio il solfato ferroso. A loro volta entrambe le materie prime sono ottenute per sintesi chimica a partire da altre materie prime, ma trattandosi di materiali noti da tempo, è ragionevole immaginare che magari non direttamente loro ma i loro padri o i loro nonni, nel senso chimico del termine, fossero disponibili direttamente in natura e potessero essere raccolti per esempio per estrazione in miniera, oppure a partire da piante ed animali.
Ferrocianuro di potassio e solfato ferroso sono entrambe prodotti solidi, polveri o micro-cristalli poco colorati, tanto che una volta sciolta in acqua (loro sono sì solubili!) la colorazione impartita è a malapena percepibile: nel video vediamo infatti che sia la soluzione nel bicchiere che quella che viene gradualmente aggiunta sono quasi incolori.  In questo esempio semplice non cambia molto quale dei due reagenti sta nel bicchiere e quale viene aggiunto successivamente: l’importante è che le due sostanze che devono reagire (da qui il nome di “reagenti”) vengano a contatto fra di loro e lo facciano in soluzione acquosa.

reazione
Le reazioni chimiche sono solitamente degli equilibrii più o meno bilanciati fra la composizione iniziale dei reagenti (uno, due o anche di più), ovvero le sostanze iniziali miscelate, ed i prodotti di reazione (anche qui uno,due o di più), che all’equilibrio si troveranno tutti quanti presenti, seppur in concentrazioni diverse. Un equilibrio nel senso che nella maggior parte dei casi parte dei reagenti si consumano per formare i prodotti, ma dopo un certo periodo di tempo si raggiunge un equilibrio nel quale per ogni coppia (nell’esempio in figura) di molecole di reagenti che formano i prodotti di reazione, statisticamente una coppia di prodotti di reazione torna a formare i reagenti iniziali. Tutto questo viene graficamente esemplificato mediante l’uso grafico della doppia freccia. Andando ad agire su parametri chimici e fisici esterni come la temperatura e la pressione si può condizionare l’avanzamento o la retrocessione di una reazione chimica.

Uno dei metodi più drastici e sicuri per far avanzare una reazione in direzione della completa formazione dei prodotti (e del completo esaurimento dei reagenti) è quello di “rimuovere” uno dei reagenti dall’ambiente della reazione.

Secondo alcune delle numerose implicazioni che derivano dal principio di Le Châtelier (secondo il quale ogni sistema all’equilibrio tende a reagire ad una modifica impostatogli dall’esterno, minimizzandone gli effetti), la sottrazione di un prodotto di reazione, nello specifico che andremo a trattare, la sua trasformazione in un qualcosa di “indisponibile” per un’eventuale nuova reazione in senso inverso, stimola l’ultimeriore avanzamento della reazione nella direazione da sinistra a destra, ovvero dai reagenti ai prodotti.

Un prodotto che si libera in forma gassosa (ad esempio le bollicine di anidride carbonica che si formano per reazione fra un acido e un carbonato) è uno dei modi di sottrarre un prodotto di reazione e di stimolare il completamento della reazione; un altro, quello valido nel caso del blu di prussia come di tantissimi altri pigmenti, è quello della formazione di un prodotto di reazione insolubile, che si separa in forma colloidale o microcristallina, comunque solida e corpuscolare. I chimici sono soliti dire che “precipita”: infatti il prodotto insolubile si distingue molto facilmente, anche visivamente, in quanto non soltanto risulta eventualmente colorato, ma intorbidisce molto velocemente la soluzione, inizialmente limpida, ed in un periodo di tempo più o meno rapido si deposita sul fondo del contenitore sottoforma di uno strato dall’aspetto nevoso, polveroso o gelatinoso. Talvolta questa deposizione è talmente veloce da ricordare una vera e propria caduta della polvere formata: da qui il nome di “precipitato”.
La formazione di un precipitato quindi trascina la reazione in direzione dei prodotti.

Se noi filtrassimo il prodotto ottenuto dalle reazione nel video, otterremo una polvere blu sul filtro che potrà essere essiccata e, se miscelata opportunamente con oli e leganti, potrà essere impiegata come pigmento per la pittura. Il liquido limpido filtrato invece conterrà l’altro prodotto di reazione, il solfato di sodio: l’unico modo per recuperare questo sale sarà invece quello di essiccare la soluzione, ad esempio facendola evaporare per effetto di un leggero ma continuo riscaldamento, fino ad ottenere i cristalli di questo sale.

Un altro esempio di precipitazione di un prodotto di reazione colorato a partire da reagenti pressoché incolori è quello mostrato nel seguente video, dove i reagenti sodio ioduro e mercurio(II) cloruro portano alla formazione irreversibile di sodio cloruro e di mercurio(II) ioduro, di colore arancio ed insolubile:
http://www.youtube.com/watch?v=pFovlKpPCbI&feature=related

Tutto questo può essere seguito con ancora maggiore facilità nel caso della precipitazione dei sali di rame, come mostrato nel seguente video.
Qui lo spettatore intuisce già da solo che “qualcosa” che portava il colore azzurro passa dalla soluzione acquosa limpida al precipitato. Questo qualcosa è il rame, e precisamente lo ione rame(II), che passa da una soluzione acquosa in presenza dello ione solfato ad un sale organico, il benzoato di rame(II) che essendo insolubile in acqua si separa precipitando sotto forma di una nuvola di polvere azzurra, anch’esse separabile per filtrazione.
http://www.youtube.com/watch?v=0RHMCltqSJc

precipitazione_rame(II)_benzoato

Le combinazioni potenzialmente possibili di metalli di transizione (di cui ferro, mercurio e rame sono solo 3 esempi) con i diversi anioni inorganici e soprattutto organici sono numerosissime e sono quasi sicuro che ad oggi non siano state provate ancora tutte per verificare sperimentalmente le caratteristiche del prodotto insolubile ottenuto, in primo luogo la colorazione del precipitato in vista del suo possibile impiego come pigmento.
gruppo_eme Al contrario, l’evoluzione nella ricerca e nella preparazione industriale dei pigmenti per pittura si è spostata negli ultimi decenni decisamente in direzione di prodotti organici complessi, con ma più spesso senza la presenza di un metallo di transizione al loro interno. Senza ancora spostarci verso queste strutture totalmente organiche, fatte essenzialmente di carbonio, idrogeno, ossigeno ed eventualmente (ma solo eventualmente) azoto e zolfo, riporto qui a lato la struttura dell’anello porfirinico dell’emoglobina, la molecole trasportatrice di ossigeno ed anidride carbonica che è anche la responsabile del colore rosso del sangue e che, come noto, contiene al suo interno un atomo di ferro. curpoftalocianina Molti coloranti recenti e di sintesi, come ad esempio le ftalocianine, prendono spunto da questi coloranti complessi di origine naturale, modificandone eventualmente la struttura organica ed il tipo di metallo contenuto (come la cuproftalocianina contenente rame(II), Cu, qui in figura).
Quando acquistiamo un colore ad olio o tempera, una matita colorata o un acquerello, dietro a nomi dal sapore antico come “blu di prussia”, “giallo cadmio”, “rosso cinabro”, a meno di voler investire in colori quasi inarrivabili di gamma veramente professionale, stanno quasi sempre pigmenti organici o metallo-organici che simulano più o meno bene la colorazione dei pigmenti, spesso più semplici e di natura inorganica, utilizzati fino a pochi decenni fa dai più grandi pittori della nostra cività.

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