Прусская лазурь (также известная как берлинская лазурь , бранденбургская лазурь , парижская лазурь и парижская лазурь ) — темно- синий пигмент , получаемый путем окисления солей ферроцианида железа . Имеет химическую формулу Fe.III
4[ФеII
( Китай )
6]
3. Синий Тернбулла химически идентичен, но производится из разных реагентов , а его немного отличающийся цвет обусловлен разными примесями и размерами частиц.
Берлинская лазурь была создана в начале 18 века и является первым современным синтетическим пигментом. Его готовят в виде очень мелкой коллоидной дисперсии , поскольку соединение не растворяется в воде. Он содержит переменные количества [2] других ионов, и его внешний вид сильно зависит от размера коллоидных частиц. Пигмент используется в красках , он стал заметным в японских гравюрах на дереве айзури-э (藍摺り絵) XIX века , а также является традиционным «синим» цветом в технических чертежах .
В медицине пероральный лазурь применяется как противоядие при отравлениях некоторыми видами тяжелых металлов , например таллием(I) и радиоактивными изотопами цезия . В терапии используются ионообменные свойства соединения и его высокое сродство к определенным « мягким » катионам металлов .
Он включен в Список основных лекарственных средств Всемирной организации здравоохранения — наиболее важных лекарств, необходимых в базовой системе здравоохранения . [3] Берлинская лазурь дала название синильной кислоте (цианистому водороду), полученной из нее. По-немецки цианистый водород называется Blausäure («голубая кислота»). Французский химик Жозеф Луи Гей-Люссак дал цианиду название от древнегреческого слова κύανος ( кианос , «синий» / «циан») из-за его прусского синего цвета.
Пигмент берлинской синей имеет важное значение, поскольку это был первый стабильный и относительно светостойкий синий пигмент, который стал широко использоваться после потери знаний о синтезе египетского синего . Европейские художники ранее использовали ряд пигментов, таких как краситель индиго , смальта и тирийский пурпур , а также чрезвычайно дорогой ультрамарин, изготовленный из ляпис-лазури . Японские художники и мастера гравюры на дереве также не имели доступа к долговечному синему пигменту, пока они не начали импортировать берлинскую лазурь из Европы. [4]
Прусская лазурь Fe
7( Китай )
18(также ( Fe
4[Fe(CN)
6]
3) · х Н
2O ), вероятно, был впервые синтезирован мастером красок Иоганном Якобом Дисбахом в Берлине около 1706 года. [5] [6] Считается, что пигмент был случайно создан, когда Дисбах использовал поташ , испорченный кровью , для создания красного красителя кошенили . Оригинальный краситель требовал поташа, сульфата железа и сушеной кошенили. Вместо этого кровь, поташ и сульфат железа прореагировали, образовав соединение, известное как ферроцианид железа, которое, в отличие от желаемого красного пигмента, имеет очень отчетливый синий оттенок. [7] В 1709 году первый торговец назвал его Preußisch blau и Berlinisch Blau . [8] [9] [10]
Пигмент легко заменил дорогой ультрамарин, полученный из ляпис-лазури, и был важной темой в письмах, которыми обменивались Иоганн Леонард Фриш и президент Прусской академии наук Готфрид Вильгельм Лейбниц между 1708 и 1716 годами. [8] Впервые он упоминается в письмо, написанное Фришем Лейбницу от 31 марта 1708 года. Не позднее 1708 года Фриш начал продвигать и продавать пигмент по всей Европе. К августу 1709 года пигмент получил название Preussisch blau ; к ноябрю 1709 года Фриш впервые использовал немецкое имя Berlinisch Blau . Сам Фриш является автором первой известной публикации о берлинской лазури в газете Notitia Coerulei Berolinensis nuper inventi в 1710 году, как следует из его писем. Дисбах работал на Фриша примерно с 1701 года.
На сегодняшний день « Положение во гроб Христа» , датированное 1709 годом работы Питера ван дер Верфа (Картинная галерея, Сан-Суси , Потсдам), является старейшей известной картиной, где использовалась берлинская лазурь. Около 1710 года художники при прусском дворе уже использовали этот пигмент. Примерно в то же время берлинская лазурь прибыла в Париж, где Антуан Ватто , а затем его преемники Николя Ланкре и Жан-Батист Патер использовали ее в своих картинах. [5] [11] Франсуа Буше широко использовал пигмент как для синего, так и для зеленого цвета. [12]
В 1731 году Георг Эрнст Шталь опубликовал отчет о первом синтезе берлинской лазури. [13] В этой истории участвует не только Дисбах, но и Иоганн Конрад Диппель . Дисбах пытался создать красный озерный пигмент из кошенили, но вместо этого получил синий в результате использования загрязненного поташа. Он одолжил поташ у Диппеля, который использовал его для производства животного масла . Ни один другой известный исторический источник не упоминает Диппеля в этом контексте. Поэтому сегодня трудно судить о достоверности этой истории. В 1724 году рецепт наконец опубликовал Джон Вудворд. [14] [15] [16]
В 1752 году французский химик Пьер Ж. Макер сделал важный шаг, показав, что берлинскую лазурь можно превратить в соль железа и новую кислоту, которую можно использовать для восстановления красителя. [17] Новая кислота, цианистый водород , впервые выделенная из берлинской лазури в чистом виде и охарактеризованная в 1782 году шведским химиком Карлом Вильгельмом Шееле , [18] в конечном итоге получила название Blausäure (буквально «голубая кислота») из-за ее происхождения от Берлинская лазурь, а на английском языке стала широко известна как синильная кислота. Цианид , бесцветный анион, образующийся в процессе получения берлинской лазури, получил свое название от греческого слова, обозначающего темно-синий.
В конце 1800-х годов раввин Гершон Хенох Лейнер , хасидский ребе из Радзина , покрасил цициет берлинской лазурью, приготовленной из сепии , полагая, что это и есть настоящая краска текейлес . Несмотря на то, что некоторые подвергали сомнению его принадлежность к techeiles из-за его искусственного производства, и утверждали, что если бы раввин Лейнер знал об этом, он отказался бы от своей позиции о том, что его краситель был techeiles, [19] другие оспаривали это и утверждали, что раввин Лейнер не отступили. [20]
С начала 18 века берлинский синий был преобладающим цветом униформы пехотных и артиллерийских полков прусской армии . [21] Как Dunkelblau (темно-синий), этот оттенок приобрел символическое значение и продолжал носиться большинством немецких солдат в церемониальных и неслужебных случаях до начала Первой мировой войны, когда он был заменен зеленовато-серым полевым серым. ( Фельдграу ). [22]
Берлинскую лазурь получают путем окисления солей ферроцианида железа. Эти белые твердые вещества имеют формулу M
2Fe[Fe(CN)
6] где М+
= На+
или К+
. Железо в этом материале полностью двухвалентное, отсюда и отсутствие глубокого цвета, связанного со смешанной валентностью. Окисление этого белого твердого вещества перекисью водорода или хлоратом натрия дает феррицианид и дает берлинскую лазурь. [23]
«Растворимая» форма K[Fe III Fe II (CN).
6] , который на самом деле является коллоидным , может быть получен из ферроцианида калия и железа (III):
Аналогичная реакция феррицианида калия и железа(II) приводит к одному и тому же коллоидному раствору, поскольку [Fe III (CN)
6]3-
превращается в ферроцианид.
«Нерастворимая» берлинская лазурь получается, если в приведенных выше реакциях присутствует избыток Fe .3+
добавлен:
Несмотря на то, что его готовят из цианистых солей, берлинская лазурь не токсична, поскольку цианидные группы прочно связаны с железом. [25] Как ферроцианид ((Fe II (CN) 6 ) 4- ), так и феррицианид ((Fe III (CN) 6 ) 3- ) являются особенно стабильными и нетоксичными полимерными цианометаллатами из-за сильной координации железа с ионами цианида. Хотя цианид хорошо связывается с переходными металлами, такими как хром, эти нежелезные координационные соединения не так стабильны, как цианиды железа, что увеличивает риск высвобождения ионов CN - и, как следствие, сравнительной токсичности. [26]
Раньше считалось, что добавление солей железа (II) к раствору феррицианида позволяет получить материал, отличный от берлинской лазури. Продукт традиционно назывался «синий Тернбулла» (ТБ). Однако методы рентгеновской дифракции и электронографии показали, что структуры ПБ и ТБ идентичны. [27] [28] Различия в цветах ТБ и ПБ отражают тонкие различия в методах осаждения, которые сильно влияют на размер частиц и содержание примесей.
Берлинская лазурь представляет собой микрокристаллический порошок синего цвета. Он нерастворим, но кристаллиты имеют тенденцию образовывать коллоид. Такие коллоиды могут проходить через фильтры тонкой очистки. [2] Несмотря на то, что берлинская лазурь является одним из старейших известных синтетических соединений, ее состав оставался неопределенным в течение многих лет. Его точная идентификация была осложнена тремя факторами:
Химическая формула нерастворимой берлинской лазури: Fe .
7(КН)
18 · х Н
2О , где х = 14–16. Структура была определена с помощью ИК-спектроскопии , мессбауэровской спектроскопии , рентгеновской кристаллографии и нейтронной кристаллографии . Поскольку дифракция рентгеновских лучей не может легко отличить углерод от азота в присутствии более тяжелых элементов, таких как железо, местоположение этих более легких элементов определяется спектроскопическими методами, а также путем наблюдения за расстояниями от центров атомов железа. Нейтронная дифракция позволяет легко различить атомы N и C, и ее использовали для определения детальной структуры берлинской лазури и ее аналогов. [29]
ПБ имеет структуру гранецентрированной кубической решетки с четырьмя атомами железа III на элементарную ячейку. «Растворимые» кристаллы ПБ содержат междоузельный калий .+
ионы; Вместо этого нерастворимый PB содержит интерстициальную воду. В идеальных нерастворимых кристаллах ПБ кубический каркас построен из последовательностей Fe(II)–C–N–Fe(III) с расстояниями Fe(II)–углерод 1,92 Å и расстояниями Fe(III)–азот 2,03 Å. Четверть позиций Fe(CN)
6субъединицы (предположительно случайные) остаются вакантными (пустыми), в результате чего на элементарную ячейку в среднем остается три таких группы. [30] Вместо этого пустые места азота заполняются молекулами воды, которые координированы с Fe(III).
Центры Fe(II) с низким спином окружены шестью углеродными лигандами в октаэдрической конфигурации. Центры Fe(III), обладающие высоким спином , октаэдрически окружены в среднем 4,5 атомами азота и 1,5 атомами кислорода (кислорода из шести координированных молекул воды). Около восьми (межузельных) молекул воды присутствуют в элементарной ячейке либо в виде изолированных молекул, либо в виде водородных связей с координированной водой. Стоит отметить, что в растворимых гексацианоферратах Fe(II или III) всегда координирован с атомом углерода цианида, тогда как в кристаллических берлинской лазури ионы Fe координированы как с C, так и с N. [31]
Состав, как известно, изменчив из-за наличия дефектов решетки, что позволяет ему гидратироваться в различной степени, поскольку молекулы воды включаются в структуру, занимая катионные вакансии. Изменчивость состава берлинской лазури объясняется ее низкой растворимостью , что приводит к ее быстрому осаждению без времени для достижения полного равновесия между твердым веществом и жидкостью. [30] [32]
Прусская лазурь имеет ярко выраженный цвет и при смешивании с масляными красками имеет тенденцию к черному и темно-синему цвету . Точный оттенок зависит от метода приготовления, который определяет размер частиц. Интенсивный синий цвет берлинской лазури связан с энергией перехода электронов от Fe(II) к Fe(III). Многие такие соединения смешанной валентности поглощают определенные длины волн видимого света в результате интервального переноса заряда . В этом случае оранжево-красный свет с длиной волны около 680 нанометров поглощается, и в результате отраженный свет кажется синим.
Как и большинство высокохромных пигментов , берлинскую лазурь невозможно точно отобразить на дисплее компьютера. ПБ электрохромен — при восстановлении меняет цвет от синего до бесцветного . Это изменение вызвано восстановлением Fe(III) до Fe(II), устраняющим интервальный перенос заряда , который вызывает цвет берлинской лазури.
Поскольку берлинская лазурь легко изготавливается, дешева, нетоксична и ярко окрашена, она нашла множество применений. Он был принят в качестве пигмента очень скоро после его изобретения и почти сразу же широко использовался в масляных красках, акварели и крашении. [34] Преобладающим применением являются пигменты: ежегодно производится около 12 000 тонн берлинской лазури для использования в черных и голубоватых чернилах . Этот материал также содержит множество других пигментов. [23] Инженерный синий цвет и пигмент, образующийся на цианотипах , дали им общее название «чертежи» . Некоторые мелки когда-то были окрашены в берлинскую лазурь (позже переименованную в полуночно-синий ). Точно так же берлинская лазурь является основой для воронения белья .
По данным Обсерватории наноматериалов Европейского Союза, наночастицы берлинской лазури используются в качестве пигментов в некоторых косметических ингредиентах.
Способность берлинской лазури включать катионы одновалентных металлов (Me + ) делает ее полезной в качестве агента, связывающего некоторые токсичные тяжелые металлы . В частности, берлинская лазурь фармацевтического качества используется для людей, которые проглотили таллий (Tl + ) или радиоактивный цезий ( 134 Cs + , 137 Cs + ). По данным Международного агентства по атомной энергии (МАГАТЭ), взрослый мужчина может без серьезного вреда съесть не менее 10 г берлинской лазури в день. Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA) определило, что «капсулы берлинского синего по 500 мг, изготовленные в соответствии с условиями одобренной заявки на новое лекарственное средство, могут оказаться безопасным и эффективным средством лечения» в некоторых случаях отравления. [35] [36] Радиогардаза (нерастворимые капсулы берлинской лазури [37] ) представляет собой коммерческий продукт для удаления цезия-137 из кишечника , то есть косвенно из кровотока путем вмешательства в энтерогепатическую циркуляцию цезия-137, [38] сокращение времени внутреннего пребывания (и воздействия) примерно на две трети. В частности, его использовали для адсорбции и удаления 137
Cs+
из организма отравленных в результате аварии в Гоянии в Бразилии. [2]
Берлинская лазурь — это распространенное гистопатологическое окрашивание, используемое патологами для обнаружения присутствия железа в образцах биопсии , например, в образцах костного мозга . Первоначальная формула окраски, исторически известная (1867 г.) как « Прусская лазурь Перлза » в честь ее изобретателя, немецкого патолога Макса Перлса (1843–1881), использовала отдельные растворы ферроцианида калия и кислоты для окрашивания тканей (теперь они используются в сочетании, незадолго до этого окрашивание). Отложения железа в тканях затем образуют фиолетовый краситель берлинской лазури и визуализируются как синие или пурпурные отложения. [39]
Инженерная синь , берлинская лазурь на маслянистой основе, является традиционным материалом, используемым для нанесения на металлические поверхности, такие как поверхностные пластины и подшипники, для ручной очистки . Тонкий слой невысыхающей пасты наносится на эталонную поверхность и переносится на выступающие части заготовки. Затем производитель инструментов соскребает, забивает камнями или иным образом удаляет отмеченные выступы. Берлинская лазурь предпочтительнее, поскольку она не вызывает истирания чрезвычайно точных эталонных поверхностей, как это делают многие молотые пигменты. Другие варианты использования включают маркировку зубьев шестерен во время сборки для определения характеристик их сопряжения.
Берлинская лазурь образуется при анализе берлинской лазури на общее количество фенолов . Образцы и фенольные стандарты содержат кислый хлорид железа и феррицианид, который фенолами восстанавливается до ферроцианида. Хлорид железа и ферроцианид реагируют с образованием берлинской лазури. Сравнение оптической плотности образцов при 700 нм со стандартами позволяет определить общее количество фенолов или полифенолов . [40] [41]
Берлинская лазурь присутствует в некоторых препаратах для воронения белья , таких как воронение миссис Стюарт . [42]
Берлинская лазурь (ПБ) изучается на предмет ее применения в электрохимическом хранении энергии с 1978 года. [43] Собственно берлинская лазурь (твердое вещество Fe-Fe) демонстрирует два четко выраженных обратимых окислительно-восстановительных перехода в растворах K+. Слабо сольватированные ионы калия (а также Rb+ и Cs+, не показаны) имеют сольватированный радиус, который идеально соответствует пространству полости берлинской лазури, поэтому он показывает острые пики в циклической вольтамперометрии , показанной ниже. С другой стороны, размеры сольватированных Na+ и Li+ слишком велики для полости ПБА, и интеркаляция этих ионов происходит значительно медленнее. Низко- и высоковольтные наборы пиков циклической вольтамперометрии соответствуют 1 и 2/3 электрона на атом Fe соответственно. [44] Набор высокого напряжения обусловлен переходом Fe+3/Fe+2 на низкоспиновых ионах Fe, координированных с атомами C. Низковольтный набор обусловлен высокоспиновым ионом Fe, координированным с атомами N. [45]
Металлические центры Fe в ПБ можно заменить ионами различных металлов, таких как Mn, Co, Ni, Zn и т. д. , с образованием электрохимически активных аналогов берлинской лазури (ПБА). ПБ/ПБА и их производные могут использоваться в качестве электродных материалов для обратимого введения и извлечения щелочных ионов в литий-ионных , натриево-ионных и калий-ионных батареях .
{{cite journal}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )