SEMINARIOQuímica Inorgánica de Coordinación

Villa González Tania Selene Molina Cruz Héctor Alexis

Química del color:

“Elementos de transición en pigmentos inorgánicos”

Los colores en la historia

Los colores no tuvieron su origen como un invento del hombresino que es la propia naturaleza la que ofrece una riquísimagama de ellos. Al lado de los colores de algunos minerales, essobre todo la flora la que destaca por su riqueza.

¿Qué es el color?

El color ha sido estudiado, analizado y definido por científicos, físicos, filósofos y artistas.

El color es el fenómeno que resulta de lainteracción entre la materia y las radiación visibledel espectro electromagnético

Son precisamente los electrones los encargados de “dar” color a lascosas. Pero no pueden hacerlo por si solos, necesitan de la ayudaenergética que suministran los fotones, es decir, la luz.

Las sustancias absorben una o varias longitudes de

onda de la luz visible dependiendo de su composición química.

Un objeto tiene un color específico por una de dos razones: (1) refleja o transmite luz de ese color; (2) absorbe luz del color complementario. Los colores complementarios se pueden determinar usando una rueda cromática de pintor.

En cuanto a los compuestos inorgánicos el colorestá también relacionado con el comportamientode los electrones. Los metales de transicióncontienen electrones en sus orbitales d deenergía, los que, en base al ion metálico y lainfluencia de los Ligandos, pueden absorberenergía en la región visible del espectro.

¿Pigmento y Colorante?Colorantes:

Sustancias coloreadas que tienen la capacidad de teñir o colorearotra sustancia.

Son todas aquellas sustancias coloreadas, ya sea en disolución, queal aplicarse a un sustrato (fibra textil, cuero, papel, polímero,alimento), le confieren un color más o menos permanente. Elsustrato debe tener cierta afinidad química por él, para retenerlo yunirse fuertemente a él.

En los lavado no debe perder su color. Además debe serrelativamente estable químicamente y soportar bien la acción de laluz.

PigmentosSólidos en polvo fino, coloridos e insolubles. Los pigmentos, a diferencia de los colorantes, no se adhieren al sustrato directamente, sino a través de un vehículo adherente (aglutinante).

Pigmentos inorgánicos naturales (origen mineral) y sintéticos

Edad de piedra • Pintura parietal

La utilización de colores comienza con el arte parietal.

Se tiene constancia de pinturas rupestres realizadas entre los años de 40.000 a10.000 a. C., como lo atestiguan los hallazgos en los Montes Tassili N'Ajjer enArgelia, en los Montes de Suabia en Alemania, en Lascaux en Francia y enAltamira en España.

Cerámica prehistórica

Pigmentos de las pinturas parietales

• Se empleaban por lo generaldos o tres colores.

• El rojo es el color másfrecuente junto con negro,ocre, amarillo y blanco.

Compuestos químicos

Para la creación de pinturas seusaban pigmentos molidos (óxidosde metales de transición obtenidosde minerales, (hematita, limonita,magnetita, arcilla, yeso…) ycarbones vegetales.

Fe3O4

Fe2O3·nH2O

Fe2O3

Edad antigua: Egipto

• Los antiguos egipcios desarrollaron una compleja gama de colores para aplicaciones artísticas.

• Esta civilización hizo un uso y una selección de pigmentos. En aquel entonces, la mayoría de los pigmentos empleados eran inorgánicos de origen mineral (se usaban polvos triturados con aglutinantes como el huevo o del árbol de la goma de mascar o caucho).

Composición química

Cu3(CO3)2(OH)2

Azurita

Cu2CO3(OH)

Malaquita

Muchos de los minerales eran relativamente inertes como los óxidosde hierro rojo, el amarillo ocre, el cobre, los carbonatos azurita,malaquita y el carbón de leña. También manejaban otros materialesque eran altamente tóxicos como el amarillo brillante y el rojizoanaranjado que se producían mediante el uso de sulfuro de arsénico.

Pirolusita

MnO2

Las primeras síntesis de pigmentos

Azul egipcioEl Azul Egipcio, conocido también comosilicato de calcio y cobre, es uno de losprimeros pigmentos artificiales que hasido utilizado por el hombre. El ejemplomás antiguo conocido del exquisitopigmento data de hace unos 5000 años yfue encontrado en la pintura de unatumba del reinado de Ka-Sen, el últimofaraón de la Primera Dinastía. Sinembargo, en el Nuevo Reino el AzulEgipcio se utilizó abundantemente comopigmento pudiendo encontrarse enestatuas, pinturas de tumbas y sarcófagos.

Cu3(CO3)2(OH)2 + CaCO3 + 4SiO2 → CuO . CaO . 4SiO2 + 2CO2

CuCaSi4O10

850 °C

arena silícea (SiO2), calcita (CaCO3), mineral de cobre (malaquita o azurita)

Edad antigua: otras civilizaciones

Blanco de plomo Pb3(CO3)2(OH)2 Cinabrio (Rojo mineral) HgS

Edad media

En el medievo los colores que eran imprescindibles en la paleta de los artistas plásticos fueron: Azules de cobalto, bermellón y dorados.

aluminato de cobalto (II) (CoAl2O4).

Bermellon HgS sintetizado por alquimistas VIII d. C.

El color dorado se obtuvo usando laminas finas de oro. Técnica usada desde el medievo hasta el renacimiento.

Siglo V-siglo XV

Vitrales del medievo

ÓLEO

El uso del óleo se conoce desde la

Antigüedad y estaba ya extendido entre los

artistas de la Edad Media, aunque de modo

minoritario ya que en esa época

predominaba la pintura al temple o al fresco.

A fines del siglo XIV y durante el siglo XV, se

comenzó a generalizar el uso del óleo ya

que permitía un secado más lento de la

pintura, correcciones en la ejecución de la

misma y una excelente estabilidad y

conservación del color..

Composición química

El óleo es fundamentalmente un pigmento (en su mayoría de origen

mineral) dispersado en un aceite (aglutinante), principalmente

aceite de linaza o aceite de nueces, esencias y resinas (duras o

blandas), que seca lentamente mediante un lento proceso de

oxidación en contacto con el aire. El aceite es el que logra que el

pigmento se “pegue” a la superficie a pintar, ya que de otra manera

el pigmento no podría permanecer en dicha superficie.

Primer pigmento inorgánico moderno sintetizado

Azul de Prusia (1701) Berlinés Heinrich Diesbach

Azules de cobalto (1777)Químicamente es aluminato de cobalto (II) (CoAl2O4).

Amarillo de cromo (1809)El cromato de plomo (PbCrO4) se obtiene por precipitación en disoluciones de cromo y plomo.Pb(NO3)2 + K2CrO4 => PbCrO4 + 2 KNO3

Amarillo de cadmio (1817)En 1817 ya se usaba el amarillo de cadmio como pigmento, pero su uso no se extendió hasta 1849 cuando comenzó a fabricarse en grandes cantidades. Cristales mixtos de sulfuro de cadmio y sulfuro de zinc.

Blanco titanio(1918)(Óxido de titanio (IV) TiO2

Naturalmente presente en ciertos minerales.Origen artificial :minerales anastasa y rutilo

Azul Ftalocianina 1935

Se emplean como pigmentos, catalizador

tratamiento de leucemia aprovechando que estas

moléculas manifiestan fluorescencia y da oportunidad a

establecer su localización en los tejidos, por lo que puede aplicarse en la terapia fotodinámica.

Azul de Prusia…¿En medicina?

•Medicamento suministrado en la intoxicación de éstas sustancias por medio de la llamada terapia quelatante.

• El azul de Prusia atrapa el cesio y el talio radiactivo en los intestinos. Esto impide que se vuelvan a absorber en el cuerpo.

•Hace que el cesio y el talio radiactivos pasen por los intestinos y así sea eliminado.

Con la entrada del siglo XX, la industria de laspinturas, como cualquier otra industriamanufacturera, experimento cambiosdramáticos. Nuevos pigmentos y colorantesfueron sintetizados para mejorar su resistencia,brillantez y durabilidad. Hubo mas progreso en50 años que en miles que habían transcurrido.Aglutinantes tradicionales se fueron sustituyendopor resinas sintéticas, y muchos nuevos campos,en la tecnología de los recubrimientos, seabrieron paso.

Hoy

Análisis y composición del arteDifracción, espectroscopías infrarroja, Raman y óptica, voltamperometría, resonancia magnética, etc.) usadas para estudiar la composición química y propiedades para conocer, proteger y restaurar el Patrimonio Cultural de la Humanidad.

El estudio analítico que nos permite

obtener la composición química de la

expresión y legado artístico a través

de la historia, es una herramienta

poderosa y de gran utilidad para

conocer, restaurar y proteger El

patrimonio cultural de la humanidad.

Como químicos es importante

entender que esto nos permite

obtener un conocimiento que nos

enriquece como humanos y nos da

una perspectiva mucho más amplia

de la relevancia química a través de

la historia.

•La química de los complejos tiene numerosasaplicaciones tanto teóricas como prácticas.

•Sirviendo por ejemplo para explicar detalles tancomunes como el color de las piedras preciosas,la elaboración industrial de polímeros,pigmentos, vidrios incoloros y de colores , etc…

Color de Minerales Según la TCC

• Los colores de la mayoría de los minerales y la gemas tales como la esmeralda, el rubí, olivino, turquesa, azurita y malaquita son el resultado de transiciones d — d del campo cristalino

TCCLa teoría de campo cristalino proporciona

una manera de calcular el parámetro dedesdoblamiento de campo cristalino.

Experimentalmente se encuentra que ∆o varíacon el estado de oxidación del metal, lageometría del complejo y la naturaleza delligando.

• Según este modelo (TCC) las transiciones electrónicas entre los orbitales d , de distinta energía, son las responsables del color en los compuestos de coordinación.

Un sistema es capaz de absorber fotones de energía apropiada y dar lugar a la transición electrónica permitida d-d:

(t2g)1(eg)0 (t2g)o(eg)1

Los orbitales dz2 y dx2-y2 seagrupan como eg de mayorenergía y los dxy, dxz y dyz seagrupan como t2g de menorenergía. La magnitud de laseparación entre el grupo deorbitales eg y el grupo deorbitales t2g depende de lacapacidad que tengan losligandos para separar losorbitales d.

Rubí

• El rubí está formado por Corindón (Al2O3) que cuando esta puro es incoloro, pero en el rubí hay una sustitución de un pequeño porcentaje de átomos de Al por iones Cr3+ que le confiere su brillante color.

¿Cómo sucede?

El Cr3+ es un d3 con una configuración electrónica (t2g)3 (eg)0 en el estado fundamental.

Pero hay estados excitados en el cristal que origina un campo eléctrico intenso que da lugar a que las energías de excitación de los electrones del Cr3+ estén en la regiones verde-amarillo del visible.

Por lo que:

• Cuando la luz blanca atraviesa el rubí, esencialmente se transmite todo el rojo.

Esmeralda

• La red cristalina está constituida por un silicato de Aluminio y Berilio (BeAl2Si6O18)

• La impureza que produce el color es el Cr3+ en reemplazo del aluminio

• En consecuencia la magnitud del campo cristalino es menor que en el rubí; la banda de absorción se desplaza hacia energías más bajas.

• La esmeralda absorbe la mayor parte de la luz roja y transmite el verde con algo de azul.

Alejandrita

La estructura básica cristalina es la del Aluminato de Berilio (BeAl2O4)

• En la Alejandrita también el Cromo es la impureza que reemplaza al Aluminio

• Se origina un campo cristalino intermedio entre el del rubí y el de la esmeralda y entonces las bandas de transmisión rojo y verde están equilibradas

• Si la Alejandrita se expone a la luz solar (rica en azul) su color es azul-verdoso, si se expone a una luz incandescente (rica en rojo) da un color rojo.

Otras gemas

• Los colores del agua marina, del jade y del cuarzo citrino tienen su origen en un mecanismo similar, aunque en estos casos la impureza está constituida por iones de hierro.

Vidrio de colores

• El vidrio ha tenido una trascendental participación en el desarrollo de la tecnología y de nuestra concepción de la naturaleza.

• El vidrio de hace en un reactor de fusión, en donde se calienta una mezcla que casi siempre consiste en arena silícea (arcillas) y óxidos metálicos secos pulverizados o granulados.

• Sílice: Es el que forma la red, si la proporción de sílice desciende por debajo del 60% la estabilidad de vidrio disminuye

• Óxidos alcalinos: Influyen en la resistencia química rasgos como menor temperatura de fusión, mayor intervalo de trabajabilidad y mayor brillo de los colores.

• Los tipos de vidrio pueden adquirir color fácilmente si se les añaden impurezas de metales de transición a las mezclas utilizadas. Esto no afecta ninguna de las demás propiedades.

• En la antigüedad el vidrio estaba inevitablemente coloreado por las impurezas que de manera natural contienen las arcillas y por la contaminación en los crisoles por fusión.

• El primer vidrio que no tuvo color se logró hasta el siglo X en Venecia.

Existen principalmente 2 formas de darle color al vidrio

• -Por medio de colores de solución: El color se produce porque el óxido metálico presente absorbe la luz de la región visible del espectro, y deja pasar la que corresponde a algunos colores, que son los que se ven.

Por ejemplo

• El cobre absorbe la luz con longitudes de onda que pertenecen a todos los colores menos la vinculada con el color rubí, cuando esta en estado de oxidación 1+ o al verde, cuando su estado de oxidación es 2+.

-Por medio de dispersión coloidal:

• Consisten en partículas submicroscópicas suspendidas en el vidrio, que reflectan o dispersan selectivamente los rayos de luz de un color.

Por ejemplo:

• El selenio combinado con sulfuro de cadmio produce partículas en el vidrio que dispersan toda la luz, menos la de color rojo (aquí el color depende de la concentración y el tamaño de las partículas, no tanto del elemento por el que están formadas).

Agentes colorantes del vidrio:

• Oxido de cobalto: El color azul intenso se obtiene con sales de cobalto, fue habitualmente empleado por los vidrieros egipcios en el siglo XVI a.C.

• Oxido de manganeso: Se usa para obtener el color rosa (por impureza de las cenizas alcalinas de madera de haya).

• Lo que se desconocía es que el óxido de manganeso que en su estado reducido Mn2+ no produce color , pero experimenta una

fotooxidación por efecto de la acción prolongada de la luz solar y pasa al estado de oxidación Mn3+ que imparte un color violeta al

vidrio.

• Óxido de hierro: Mismo caso del manganeso como impureza en las cenizas potásicas, la presencia de hierro da lugar a una coloración que puede variar desde el azul verdoso de los iones ferrosos, al pardo amarillento, menos intenso, de los iones férricos.

• Oxido de cobre: Coloraciones azul, verde turquesa y color rojo en el óxido cuproso por intercambio iónico de una pasta arcillosa con sustancias reductoras y pro un tratamiento térmico, se produce un intercambio de los iones alcalinos del vidrio por los iones cuprosos de la pasta.

• Plata: Color amarillo, coloraciones doradas por intercambio iónico.

POR SU ATENCIÓN