SEMINARIO
Química Inorgánica de Coordinación
Química del color:
Los colores en la historia
Los colores no tuvieron su origen como un invento del hombre
sino que es la propia naturaleza la que ofrece una riquísima
gama de ellos. Al lado de los colores de algunos minerales, es
sobre todo la flora la que destaca por su riqueza.
El color ha sido estudiado, analizado y definido por científicos, físicos, filósofos y artistas.
El color es el fenómeno que resulta de la
interacción entre la materia y las radiación visible
del espectro electromagnético
Son precisamente los electrones los encargados de “dar” color a las cosas. Pero no pueden hacerlo por si solos, necesitan de la ayuda energética 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 color
está también relacionado con el comportamiento
de los electrones. Los metales de transición
contienen electrones en sus orbitales d de
energía, los que, en base al ion metálico y la
influencia de los Ligandos, pueden absorber
energía en la región visible del espectro.
¿Pigmento y Colorante?
Colorantes:
Sustancias coloreadas que tienen la capacidad de teñir o colorear otra sustancia.
Son todas aquellas sustancias coloreadas, ya sea en disolución, que al aplicarse a un sustrato (fibra textil, cuero, papel, polímero, alimento), le confieren un color más o menos permanente. El sustrato debe tener cierta afinidad química por él, para retenerlo y unirse fuertemente a él.
En los lavado no debe perder su color. Además debe ser relativamente estable químicamente y soportar bien la acción de la luz.
Pigmentos
Sólidos 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).
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 a 10.000 a. C., como lo atestiguan los hallazgos en los Montes Tassili N'Ajjer en Argelia, en los Montes de Suabia en Alemania, en Lascaux en Francia y en Altamira en España.
Pigmentos de las pinturas parietales
• Se empleaban por lo general
dos o tres colores.
• El rojo es el color más
frecuente junto con negro,
ocre, amarillo y blanco.
Compuestos químicos
Para la creación de pinturas se usaban pigmentos molidos (óxidos de metales de transición obtenidos de minerales, (hematita, limonita,
magnetita, arcilla, yeso…) y
carbones vegetales.
Fe
3O
4Fe
2O
3·nH
2O
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 óxidos de hierro rojo, el amarillo ocre, el cobre, los carbonatos azurita, malaquita y el carbón de leña. También manejaban otros materiales que eran altamente tóxicos como el amarillo brillante y el rojizo anaranjado que se producían mediante el uso de sulfuro de arsénico.
Pirolusita
Las primeras síntesis de pigmentos
Azul egipcio
El Azul Egipcio, conocido también como silicato de calcio y cobre, es uno de los primeros pigmentos artificiales que ha sido utilizado por el hombre. El ejemplo más antiguo conocido del exquisito pigmento data de hace unos 5000 años y fue encontrado en la pintura de una tumba del reinado de Ka-Sen, el último faraón de la Primera Dinastía. Sin embargo, en el Nuevo Reino el Azul Egipcio se utilizó abundantemente como pigmento pudiendo encontrarse en estatuas, 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
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.
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
Azules de cobalto (1777)
Químicamente es aluminato de cobalto (II)
(CoAl
2
O
4
).
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)
TiO2Naturalmente presente en ciertos minerales.
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 las
pinturas, como cualquier otra industria
manufacturera, experimento cambios
dramáticos. Nuevos pigmentos y colorantes fueron sintetizados para mejorar su resistencia, brillantez y durabilidad. Hubo mas progreso en 50 años que en miles que habían transcurrido. Aglutinantes tradicionales se fueron sustituyendo por resinas sintéticas, y muchos nuevos campos, en la tecnología de los recubrimientos, se abrieron paso.
Análisis y composición del arte
Difracción, 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 numerosas
aplicaciones tanto teóricas como prácticas.
•Sirviendo por ejemplo para explicar detalles tan
comunes como el color de las piedras preciosas,
la
elaboración
industrial
de
polímeros,
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
TCC
La teoría de campo cristalino proporciona
una manera de calcular el parámetro de
desdoblamiento de campo cristalino.
Experimentalmente se encuentra que ∆o varía
con el estado de oxidación del metal, la
geometría del complejo y la naturaleza del
ligando.
• 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:
Los orbitales dz2 y dx2-y2 se agrupan como eg de mayor energía y los dxy, dxz y dyz se agrupan como t2g de menor energía. La magnitud de la separación entre el grupo de orbitales eg y el grupo de orbitales t2g depende de la
capacidad que tengan los
ligandos para separar los
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
¿Cómo sucede?
El Cr3+ es un d3 con una configuración electrónica (t
2g)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)
• 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
• 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
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.
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
• 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.
