Дело в химии. Как все устроено? - Джузеппе Алончи
В первом случае в виду имеются молекулы, в которые входят такие металлы, как железо, медь, магний, никель, кобальт или хром, и они в зависимости от химического окружения способны заиграть всеми цветами радуги. Небольшие примеси хрома, например, создают восхитительные переливы цвета в рубинах и изумрудах, а медь придает чудесный лазурный оттенок бирюзе. Как рубины, так и изумруды – формы существования минерала корунда, содержащего окись алюминия и обычно бесцветного, однако достаточно небольшого количества хрома, чтобы он обрел рубиновые краски, или железа и титана, чтобы превратиться в чудный сапфир. Но оставим драгоценные камни – всем известна охра, название, обозначающее различные землистые минералы содержащие окиси железа, например желтая охра, получающаяся из лимонита, или красная охра на базе гематита. Эти минералы распространены повсюду, и употреблять их для рисования начали еще дальние наши предки: самые древние из известных наскальных рисунков имеют возраст около сорока тысяч лет, а пещеры Шове или Ласко – это настоящие музеи палеолитического искусства под открытым небом.
Но отложим минералы на секунду в сторонку. А что создает цвет в органическом мире?
Значительная часть органических веществ на самом деле совершенно бесцветна, поскольку они поглощают ультрафиолет, а чтобы сделать их цветными, им нужно особое свойство: наличие обширной системы двойных сопряженных связей.
В предыдущих главах мы уже сталкивались с органическими молекулами, состоящими из длинных углеродных цепочек, в которых атомы углерода связаны между собой не только одинарными химическими связями, но и двойными (и даже тройными). Когда несколько двойных связей перемежаются одинарной, это называется двойными сопряженными связями, и они придают молекуле своеобразные химические и фотохимические свойства. Чем больше двойных сопряженных связей в молекуле, тем сильнее максимум поглощения смещается от ультрафиолетового спектра к видимому. На рисунке изображена структура молекулы индиго, одного из самых известных в мире красителей, благодаря которому цвет джинсов таков, как есть; он известен людям уже 4000 лет, но был синтезирован впервые в лаборатории Страсбурга только в 1882 году Адольфом фон Байером (нет, у него не ничего общего с фармацевтическим гигантом Bayer; и да, он получил Нобелевскую премию по химии в 1911 году за свою работу с красителями). Обратите внимание на чередование двойных и одинарных связей в молекуле на рисунке внизу страницы.
Эта кольцевая структура, так называемый порфирин, весьма распространена в природе, и ею обладает как хлорофилл – у него в центре кольца находится атом магния, – так и гемоглобин, у которого в центре атом железа. Проблема органических красителей в том, что спустя определенное время под воздействием света они выцветают и не достигают глубины и яркости неорганических красок.
До сих пор мы использовали термины «краситель» и «пигмент» в практически взаимозаменяемых смыслах, однако на самом деле между ними есть существенная разница: красители растворимы в некоем растворителе, в воде или органической жидкости, а пигменты – нет. Масляные краски, например, представляют собой именно пигменты в твердом состоянии, смешанные с жидкостью – например, льняным маслом, – которое служит связующим веществом, но не растворителем. Просто пигменты можно довести до тонкодисперсного состояния, но не растворить.
Сегодня часто используются и акриловые краски, в которых пигменты в виде тонкой пыли смешаны с синтетической смолой вместо масла. С точки зрения химии темпера, масляные краски и акриловые краски сделаны из схожих пигментов и отличаются только связующим веществом – яичный белок или иные эмульсии в темпере, масло в масляных красках, смола в акриловых. А какие же пигменты используются художниками? Их бесконечное количество, и они делятся не только оттенками, но и блеском и долговечностью. К примеру, картины Ван Гога написаны желтой и красной охрой, желтым хромом (хромат свинца PbCrO4), желтым кадмием (сульфид кадмия, CdS), берлинской лазурью (неорганические производные железа), синим ультрамарином (древний синий пигмент, использовавшийся еще египтянами: его производили из полудрагоценного камня, ляпис-лазури) и белилами (основной карбонат свинца 2PbCO3·Pb (OH)2).
Проблема в том, что некоторые из этих веществ вредны для здоровья: свинец и хром, будучи тяжелыми металлами, ядовиты и сегодня полностью заменены менее токсичными веществами, такими как окись титана, занявшей место свинцовых белил, или желтым арилидом (органический пигмент), применяемым вместо желтых кадмия и хрома.
Изучение красок, использованных художником, служит не только для удовлетворения любопытства, но очень важно для реставрации его работ. Краски в картинах Ван Гога со временем начали изменяться, и сам художник сильно переживал из-за этого – в своих письмах он часто и подробно рассказывал о своих экспериментах с разными типами красок. Обратите внимание при случае, что на многих из его картин не хватает красного – цвет буквально исчез с полотен. Ван Гог использовал в основном два красных пигмента, эозин и киноварь, а они быстро разлагаются под действием света, поэтому уже в 1907 году одно из его полотен, «Розы», полностью утратило первоначальный розовый цвет. Помните, я рассказывал вам о фотохимических реакциях? Это их работа. Еще одной, более известной жертвой, стала «Комната Винсента в Арле», одна из самых знаменитых картин художника. Стены комнаты, которые сегодня выглядят голубыми, изначально были фиолетовыми благодаря использованию кошенили.
Ван Гог писал и другой красной краской, которая тоже постепенно белеет: свинцовым суриком, или миниумом, пигментом на основе окиси свинца (Pb3O4). Особенно это заметно на картине «Пшеничное поле под облачным небом». Исследовательская группа Коэна Янссенса из Университета Антверпена попыталась изучить механизм этой странной трансформации. Янссенс и его коллеги применили специальный метод анализа, основанный на рентгеновском излучении, для определения состава образца, используя очень высокое разрешение. Исследователям оказалось достаточно проанализировать небольшой кусочек пигмента, изъятого с полотна, чтобы понять, что окись свинца покрылась тонким слоем карбоната свинца белого цвета. Благодаря этим исследованиям удалось понять в деталях механизм фотохимической трансформации: в реакции помимо света участвует еще и углекислый газ из воздуха. Даже знаменитый желтый цвет из «Подсолнухов» – хромат свинца – оказался не защищен от действия времени и начал постепенно превращаться во что-то коричневатое. В этом случае ответственным за превращения тоже оказался свет, особенно зеленовато-синий спектр. Тот самый свет, что необходим нам для наслаждения этими произведениями, медленно их разрушает.
Остается надеяться на то, что благодаря развитию химии и новым исследованиям появится способ прекратить эти процессы, реставрировать и защищать художественное наследие человечества и сохранить
