Медников Сергей. Синтез неорганических красителей

Научный руководитель — Н.И. Морозова, СУНЦ МГУ

Медников презентация

Целью исследования является синтез неорганических пигментов жёлтого и розового цвета.

Пигменты окружают людей на протяжении всей жизни. Они придают материалам различные цвета, декоративные эффекты и всевозможные физико-химические свойства. Основным применением является живопись и добавление их в лакокрасочные материалы. Неорганические пигменты используются в широком спектре отраслей, включая текстильную, пищевую, фармацевтическую, косметическую, строительную промышленность. Разработка веществ с улучшенными свойствами, такими как стойкость к свету и теплу, является важной задачей для этих отраслей. Неорганические пигменты менее токсичны, чем органические, а в современной экологической ситуации это очень важно.

Задачами данной работы являются выбор подходящих красящих веществ на основании критериев и их синтез.

Критерии для выбора синтезируемого вещества:

  1. Легко получить.
  2. Полученное вещество не токсично.
  3. Не разлагается на воздухе и не сильно гигроскопичны.
  4. Обладает ярким цветом.

Цвет: жёлтый.

Вещество/критерий К1 К2 К3 К4
K2CrO4 [1] + — + +
PbI2 [5, 9] + — — +
FeCl3 [10] + — — —
CdS [4, 5, 8] + + + +

Цвет: розовый.

Вещество/критерий К1 К2 К3 К4
MnSO4 [11, 12, 6] + + — —
MnCl2 [11,6] + + + —
Co(OH)2 [6, 7] + + + +

Из перечисленных веществ больше всего, согласно выбранным критериям, подходят CdS (жёлтый) и Co(OH)2 (розовый).

Сульфид кадмия CdS – ярко-жёлтое соединение, нерастворимое в воде. Используется в высококачественных красках и художественных пигментах из-за его стабильности, насыщенного цвета и устойчивости к окислению. Получить можно действием тиомочевины на хлорид кадмия, растворённый в концентрированном аммиаке [4]:

CdCl2 + 4NH3 = [Cd(NH3)4]Cl2;

[Cd(NH3)4]Cl2 + (NH2)2CS +2 H2O = CdS + 2NH4Cl + CO2 + 4NH3.

Сульфид кадмия можно получить ещё одним способом – смешать растворы сульфида натрия и хлорида кобальта [5]:

CdCl2 + Na2S = CdS + 2NaCl.

Гидроксид кобальта (II) Co(OH)2 – розовые кристаллы, нерастворимые в воде. Применяется для производства аккумуляторов, катализаторов, осушителей краски и пигментов. Получить его можно взаимодействием раствора нитрата кобальта с избытком гидроксида натрия [6]:

Co(NO3)2 + 2NaOH = Co(OH)2 + 2NaNO3.

Сульфид кадмия был получен двумя способами.

Для первого синтеза отвесили 5,47 г 2,5-водного хлорида кадмия, растворили в избытке аммиака (раствор прозрачный). В отдельном стакане взвесили 1,8 г тиомочевины. После полного растворения хлорида кадмия добавили тиомочевину (раствор прозрачный). Поставили на электрическую плитку и начали нагревание. По мере нагревания раствор желтел. Смесь кипятили 4 минуты. После остывания отфильтровали осадок жёлтого цвета на бумажном фильтре. Получившийся сульфид кадмия оставили сушиться.

Масса высушенного осадка составила 1,2 г

Таким образом, выход= 1,2/3,4= 35,3%

Вторым способ получения сульфида кадмия стала обменная реакция. Отвесили 5,85 г 2,5-водного хлорида кадмия и 7,7 г девятиводного сульфида натрия, растворили в 3 и 5 мл воды соответственно. Раствор сульфида натрия был зеленоватый, хлорида кадмия – бесцветный. Прилили раствор сульфида натрия к хлориду кадмия. Смесь расслоилась. После перемешивания выпал осадок жёлто-оранжевого цвета. Отфильтровали его на бумажном фильтре и оставили сушиться.

Масса высушенного осадка составила 1,7 г

Таким образом, выход= 1,7/4,6= 37%

Полученные кристаллический и аморфный осадки не отличаются внешне.

Для приготовления гидроксида кобальта отвесили 1,83 г шестиводного нитрата кобальта и 0,8 гидроксида натрия. Оба вещества растворили в 3,5 мл воды. Раствор гидроксида натрия бесцветен, нитрата кобальта – красный. Прилили раствор нитрата кобальта к гидроксиду натрия. Выпал осадок розового цвета снаружи. При перемешивании выяснилось, что внутри осадок синий. Прилили ещё 0,8 г гидроксида натрия, растворённого в 3 мл воды. Осадок полностью окрасился в розовый цвет. Полученный осадок отфильтровали на бумажном фильтре и оставили сушиться.

Масса высушенного осадка составила 0,63 г

Таким образом, выход= 0,63/0,92= 68,5%

Итак, в ходе работы были получены 2 пигмента, которые могут быть использованы для приготовления красок и создания картины.

Список используемой литературы

  1. Кожина Л.Ф. Хром и его соединения. Учебно-методическое пособие для студентов направления подготовки «Педагогическое образование», профиль «Химия». – Саратов, 2017. – 48 с.
  2. Глинка Н.Л. Общая химия. – Л.: Химия, 1988. – 702 с.
  3. Лантев Н.Г., Богословский Б.М. Химия красителей. – М.: Химия, 1970. – 424 с.
  4. Коренев Ю.М., Морозова Н.И. Практикум по неорганической химии – М.: Школа имена А.Н. Колмогорова, Изд-во Мос. ун-та, 1999. – 64 с.
  5. Ланская С.Ю. Методическая разработка по аналитической химии для учащихся химического класса СУНЦ МГУ: учебное пособие. – М.: МАКС Пресс, 2018. – 61 с.
  6. Абрамычева Н.Л. Практикум по общей химии: Учеб. Пособие/ Под ред. С.Ф. Дунаева – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Изд-ао МГУ,2005. – 336 с. – («Классический университетский учебник»)
  7. Гидроксид кобальта // Ataman chemicals. – https://www.atamanchemicals.com/cobalt-hydroxide_u25388/?lang=RU.
  8. КАДМИЯ СУЛЬФИД // Ataman chemicals. – https://www.atamanchemicals.com/cadmium-sulfide_u26005/?lang=RU.
  9. Иодид свинца (II) // Альфапедия. – https://alphapedia.ru/w/Lead(II)_iodide
  10. Хлорид железа (III) // Chem.ru. – https://chem.ru/hlorid-zheleza-iii.html
  11. Токсические эффекты марганца как фактор риска для здоровья населения // Сyberleninka. – https://cyberleninka.ru/article/n/toksicheskie-effekty-margantsa-kak-faktor-riska-dlya-zdorovya-naseleniya.
  12. СУЛЬФАТ МАРГАНЦА // Ataman chemicals. – https://www.atamanchemicals.com/manganese-sulphate_u29458/?lang=RU.
Перейти к содержимому