Квант Цвета

Ультрамарин (#120A8F) Один из самых дорогих пигментов, когда-либо использованных человеком, долгое время получали с помощью крайне трудоемкой процедуры из редкого минерала Lapis Lazuli (Бадахшанский лазурит), который добывали в горах Афганистана с незапамятных времен. В Европу минерал доставляли «из-за моря», в связи с чем выделяемый из него пигмент получил название ультрамарин. Глубокий и устойчивый синий цвет ультрамарина высоко ценили голландские мастера, а знаменитый Вермеер широко использовал его при создании своих шедевров, в том числе смешивая ультрамарин с другими пигментами для получения уникальных цветовых оттенков (Heritage Science, 2020 📕). Источник окраски ультрамарина столетиями занимал умы исследователей (Studies in Inorg Chem, 1984 📕). Еще в 18 в. считали, что окраска вызвана железом, однако впоследствии химический анализ показал отсутствие железа, но зато присутствие серы. В 20 в. Полинг установил структуру содалита и обнаружил в ней полости определенного размера (Zeitschrift fur Kristallographie, 1930). Позже показали, что лазурит имеет аналогичную содалиту структуру с полостями, частично заполненными анионами, содержащими серу. Лишь тщательное спектроскопическое исследование позволило однозначно установить, что за синюю окраску ответственны полисульфидные анион-радикалы S3(•–) (Chemical Society Reviews, 1999📕). В начале 19 в. Гмелин разработал метод синтеза ультрамарина из кварца, оксида алюминия, соды и серы, что резко снизило стоимость пигмента. В 20 в. ультрамарин фактически был вытеснен из широкого употребления фталоцианиновыми красителями. Однако открытие и исследование полисульфидных анион-радикалов имело далеко идущие последствия. Было показано, что они являются важными интермедиатами при работе литий-серных аккумуляторов (ChemComm, 2023📕), могут выступать эффективными (фоторедокс-)катализаторами (OrgChemFront, 2023📕; JACS, 2020📕), а также ускорять транспорт золота и платины в гидротермальных процессах в земной коре (PNAS, 2021).

Благородный синий Окраска камней и пигментов может быть связана с переносом заряда между ионами различных переходных металлов или между ионами одного металла, которые соответствуют его различным окислительным состояниям. Ярким примером служит сапфир, представляющий из себя все тот же корунд, в котором присутствуют примесные ионы железа(II) и титана(IV). Эти ионы расположены в соседних кислородных октаэдрах, имеющих общую грань. В результате, расстояние между ионами достаточно мало, чтобы их орбитали могли эффективно перекрываться, обеспечивая эффективный перенос электрона от железа к титану при поглощении кванта света (Annual Reviews, 1981). Этому процессу соответствует широкая полоса поглощения в желто-оранжевой области спектра, в связи с чем из естественного белого света остается интенсивная синяя компонента, определяющая окраску сапфира. Аналогичный механизм возникновения цвета имеет место в случае широко распространенного коммерческого синего пигмента Берлинской лазури с той лишь разницей, что перенос заряда осуществляется между катионами железа с разным зарядом, находящимися в октаэдрическом окружении цианидных анионов (Nature, 1936 📕, Inorganic Chemistry, 1962📕). Открытие Берлинской лазури немецкими химиками в начале 18 в. было поистине прорывным, поскольку оно положило конец многовековой зависимости европейских мастеров от поставок невероятно дорогих синих пигментов из Азии (в первую очередь, ультрамарина, который какое-то время стоил дороже золота). В настоящее время берлинская лазурь из передовой научной разработки своего времени, озолотившей ее изобретателей, трансформировалась в традиционный и широко доступный синий пигмент, с которым знаком любой школьник по качественной реакции на ионы железа(3+). Тем не менее, современные исследования этого соединения и его аналогов приводят к расширению горизонтов применения (Nature Communications, 2022 📕).

Окраска драгоценных камней Для большинства оксидных минералов и пигментов окраска обусловлена электронными переходами в ионах d-металлов, которые могут быть как основными компонентами, так и примесными ионами в изначально бесцветной матрице. В природе широко распространены два неокрашенных минерала – корунд (Al2O3) и берилл (Be3Al2Si6O18). Однако, даже если очень малая часть катионов алюминия(+3) будет заменена на катионы хрома(+3), то эти минералы превратятся в глубоко окрашенные и драгоценные рубин и изумруд. В обоих случаях окраска возникает из-за того, что катионы хрома(III), оказавшиеся в искаженном октаэдрическом кислородном окружении, обеспечивают поглощение видимого света только в определенном диапазоне длин волн. Отраженный свет содержит компоненты видимого света, которые не поглотились. В результате рубин приобретает алую окраску, а изумруд, где катионы хрома находятся в немного отличающемся окружении, окрашен в ярко-зеленый цвет. Поразительно, что рубин при облучении ультрафиолетом способен еще и люминесцировать в красной области спектра, что иногда придает его окраске в естественном свете (содержащем ультрафиолетовую компоненту) завораживающее красное свечение. Это явление было открыто французским физиком Беккерелем (1859). Важно отметить, что возникновение окраски рубина и изумруда связано с тем, что примесные катионы хрома находятся именно в искаженном окружении атомов кислорода. В идеальном октаэдрическом окружении d-dэлектронные переходы запрещены по четности, то есть они крайне малоинтенсивные. Поэтому, скажем, допирование хромом соединения LaAlO3 (структура перовскита) не приводит к возникновению окраски, поскольку октаэдры CrO6 практически идеальные (Applied Physics Express, 2014). Искажение октаэдрической геометрии частично снимает запрет по четности, и d-d переходы становятся значительно более вероятными. Удивительно, что столь ценные и порой совершенные на вид камни обязаны своей окраской несовершенствам своей внутренней структуры.

В России создается виртуальный музей химии Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН при поддержке Министерства науки и высшего образования начал работу над созданием виртуального музея химии в рамках федерального проекта «Популяризация науки и технологий» и инициативы «Работа с опытом» Десятилетия науки и технологий. «Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН – это старейший химический институт Российской академии наук, отсчитывающий свою историю от Химической лаборатории Академии наук, организованной М.В. Ломоносовым в 1748 г. В честь юбилея лаборатории в 2023 г. в ИОНХ РАН была издана книга «275 лет химической науке в России» (В.К. Иванов, А.С. Паевский, Ю.А. Золотов); из представленных в этой книге материалов наглядно прослеживается роль научных школ, созданных блестящими российскими химиками, в развитии и преемственности научных исследований в нашей стране. При подготовке книги ее авторы убедились в том, что материалы по истории российской химической науки зачастую труднодоступны, а некоторые ее эпизоды и вовсе остаются практически неизвестными. Именно по этой причине в ИОНХ РАН в прошлом году родилась идея о воссоздании Комиссии РАН по истории химии, реализованная при деятельной поддержке Отделения химии и наук о материалах РАН, а сейчас начато создание виртуального музея химии, в котором значительное внимание, разумеется, будет уделено именно отечественной химии», - говорит научный руководитель проекта, директор ИОНХ РАН, член-корреспондент РАН Владимир Иванов. Творческий коллектив, который готовит контент для нового химического портала, возглавил известный научный журналист, руководитель пресс-службы другого крупного российского химического института, ФИЦ проблем химической физики и медицинской химии РАН, куратор инициативы «Работа с опытом» и член научного комитета национальной научной премии «Вызов» Алексей Паевский. «Инициатива «Работа с опытом», как мне кажется – одна из важнейших инициатив в Десятилетии. Наш проект только в начальной стадии развития, и работы здесь – не на один год, но в результате мы хотим создать масштабную картину развития химии не только в России, но и в мире, поскольку любая научная дисциплина – явление планетарное», - говорит Паевский. Экспозиция вирутального музея химии будут включать в себя различные рубрики: • биографии выдающихся химиков России и мира; • истории открытия и изучения отдельных веществ; • новая популярная библиотека химических элементов; • история химии на карте России (репортажи из химических музеев и музеев науки, домов-музеев выдающихся химиков); • история химических институтов страны; • химическая повседневность (история химических сосудов, приборов и устройств, принципы их работы и использование в современной лаборатории). Также планируется создание «химического» слоя на Яндекс-картах с отметкой памятных мест, связанных химией. В начале июня команда музея планирует выпустить полноценный путеводитель по сайту музея, но начиная с 6 мая отдельные материалы уже будут размещаться в открытом доступе. Следить за пополнением коллекции музея можно в пабликах в VK и в Телеграм.

Курс по методам молекулярной спектроскопии Заведующий Центра Цвета 🏛 д.х.н. Козюхин Сергей Александрович будет проводить курс повышения квалификации по методам молекулярной спектроскопии В рамках курса будут рассмотрены теоретические основы молекулярной спектроскопии, включая вопросы колебаний двух- и многоатомных молекул, правила отбора в колебательных спектрах, электронные состояния и химическая связь в двух и многоатомных молекулах, основы теории неупругого рассеяния в твердых телах и теории фотолюминесценции. Отдельное внимание будет уделено вопросам пробоподготовки для различных методов молекулярной спектроскопии. Курс будет полезен научным сотрудникам и начинающим операторам, позволит грамотно спланировать проведение экспериментов с использованием рассматриваемых методов, а также поможет в достоверной интерпретации полученных результатов. Приглашаем принять участие! Заявки на обучение в свободной форме можно направлять по e-mail: [email protected] https://t.me/chemrussia/4044

Леонардо да Винчи Леонардо да Винчи — итальянский живописец, архитектор, скульптор, ученый и изобретатель, творивший в эпоху Возрождения. Общепризнанный гений, считающийся одним из величайших художников всех времен, Леонардо да Винчи, кроме прочего, считается изобретателем парашюта, вертолета и танка. Созданные им живописные образы за несколько веков превратились в культурные иконы, хотя до наших дней сохранилось не более 20 картин. Знаменитая склонность Леонардо к экспериментам присутствовала и в его живописи: построение каждой из его картин различно, также, как и используемые материалы. Одним из объектов, над которым Леонардо да Винчи проводил эксперименты, был грунтовый слой картины, т.е. толстый слой, наносимый между деревянной панелью и слоями краски. Целью экспериментов был подбор таких грунтов, которые бы позволяли масляной краске высыхать максимально быстро. В 2023 г. (JACS, 2023) 📕 провели структурные исследования пигментов свинцовых белил, использованных да Винчи при создании «Джоконды». Как оказалось, в смеси, помимо свинцовых белил, содержатся ещё минерал плюмбонакрит Pb5O(OH)2(CO3)3 и масло. Интересно, что такое же сочетание использовал Рембрандт в нескольких картинах, включая «Ночной дозор». В грунтовом слое содержатся в основном соединения на основе карбонатов кальция и магния. В слое, отделяющем грунтовый слой от слоев цветной краски, было обнаружено большое количество гидроцеруссита Pb3(CO3)2(OH)2 и некоторое количество церуссита PbCO3, которые также распределяются по окрашенным слоям, где они смешиваются с различными пигментами. Интересно, что церуссит ранее да Винчи не применял. В целом исследования учёных показывают, что да Винчи экспериментировал не только с художественными приёмами и техниками живописи, но и с технологией грунтовки и созданием красок. Результат этих экспериментов - многие из полотен мастера выглядят «живыми», что особенно актуально для «Джоконды», которая свела с ума многих ценителей искусства, решивших понять, улыбается им дама с картины или нет.

Нестандартные инструменты научного поиска🔎 Мы стараемся развивать платформу CoLab.ws и хотим, чтобы пользователи имели набор необходимых инструментов для решения широкого спектра задач, возникающих в процессе научной деятельности. Поэтому сегодня хотим поделиться не самыми популярными инструментами, которые могут быть полезны при поиске научной литературы. 📚Когда становится недостаточно классического поисковика по научным публикациям, но для обнаружения нужной информации необходимо использовать нестандартные ресурсы или множество источников одновременно (например: газетные архивы, ресурсы электронных библиотек, баз данных или репозиториев), — достаточно полезным оказывается сайт FaganFinder. 💬Если вы можете сформулировать вопрос, подразумевающий положительный или отрицательный ответ, то вам будет полезен сервис Consensus. Он предоставляет список научных публикаций, в которых содержатся доводы в пользу положительного или отрицательного ответа. 🧑🏻‍💻Активно развиваются AI-помощники Elicit, ScienceOS и Scite.AI, которые могут быть полезны следующими функциями: — Предлагают ответ на запрос в виде небольшого текста со ссылками на публикации; — Формируют краткие описания статей, показанных по вашему запросу; Существенные отличия в функционале почти незаметны, однако тот факт, что в бесплатной версии вам доступно ограниченное количество запросов, мотивирует попробовать каждый из этих сервисов. 🤖Наиболее мощный AI инструмент SciSpace. Помимо стандартных функций AI-помощника позволяет: — Извлечь ключевые смысловые фрагменты из PDF; — Перефразировать тексты научных публикаций; 📑Для более глубокого погружения в тему или выделения ключевых работ в конкретной области удобно использовать Connected Papers или его отечественный аналог PapersMatch. Эти решения применяются для визуализации связей между научными статьями через построение графов. 🔥 Кстати, скоро мы планируем выпустить обновление поисковика Cobalt, так что и в нём функций прибавится. С любовью к пользователям, команда CoLab.ws🔥

Центр Цвета на Всероссийской олимпиаде школьников по химии Зам. руководителя 🏛Центра цвета ИОНХ РАН к.х.н. Беззубов Станислав был приглашен в качестве члена жюри заключительного этапа Всероссийской олимпиады школьников по химии, а также прочитал две научно-популярные лекции для учителей и преподавателей о применении физических методов для исследования веществ и материалов и использовании результатов этих методов при составлении задач Всероссийских и Международных химических олимпиад. С 4 по 10 апреля в г. Саранске на базе Национального исследовательского Мордовского государственного университета им. Н.П. Огарёва прошел заключительный этап Всероссийской олимпиады школьников по химии. 298 учеников 9-11 классов из 68 регионов России приняли участие в финале главной химической олимпиады страны. Юные химики соревновались в своих знаниях, решая задачи двух теоретических туров (обязательного и тура по выбору) и выполняя экспериментальные задания практического тура олимпиады, разработанные Центральной предметной методической комиссией. По результатам упорной борьбы жюри отобрало 25 победителей и 116 призеров, которые смогут без вступительных испытаний поступить в любой ВУЗ страны на направления, соответствующие профилю Олимпиады. Кроме того, сформирована сборная команда России на Международную Менделеевскую Олимпиаду (Китай, 21-26 апреля) и утвержден состав участников учебно-тренировочных сборов для отбора на Всемирную Олимпиаду по химии (Саудовская Аравия, 21-30 июля). Пожелаем нашим ребятам удачи!

Научно-популярная онлайн-встреча для школьников «История пигментов: взгляд материаловеда в XXI веке» 09 апреля 2024 года состоялась онлайн-встреча школьников с доктором химических наук, главным научным сотрудником Лаборатории химии координационных полиядерных соединений, руководителем Центра цвета ИОНХ РАН С.А. Козюхиным. В рамках мероприятия 36 учащихся старших классов московских школ узнали о пигментах, история которых насчитывает сотни, а в отдельных случаях и несколько тысяч лет, и которые дошли до наших дней в виде изумительных картин, фресок, витражей, скульптур. Участники встречи познакомились с современными методами изучения пигментов. Благодаря их применению можно не только разгадать тайны исторических артефактов, но и по-новому взглянуть на пигменты как на инновационные функциональные материалы. Цикл онлайн-встреч ученых со школьниками организован Институтом развития профильного обучения МГПУ и Институтом общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ. Информация о следующих мероприятиях будет опубликована на сайте проекта «Академический класс в московской школе» #ионх

Фарадей и коллоидное золото В середине 1850х годов Фарадей посвятил значительное количество времени исследованию взаимодействия света и веществ. В частности, он сделал несколько сотен золотых пластинок из сусального золота и исследовал прохождение света сквозь них. Однако, имеющее у него сусальное золото не было достаточно тонким и прозрачным, и Фарадею пришлось использовать химические средства для получения более тонких слоев. Дело в том, что когда свет отражается от пластинки сусального золота, то она приобретает желтовато-золотой вид, характерный для металлического золота. Но лист достаточно тонкий, чтобы быть прозрачным, поэтому он обладал еще одним замечательным свойством: когда свет проходит через золотой лист, «сквозь его вещество», как отмечал Фарадей, то он кажется зеленым, а не желтовато-золотым. Интересно, что сам Фарадей не использовал термин «коллоид», обычно он описывал эти растворы как «рубиновую жидкость» или «фиолетовую жидкость». Часть процесса включала промывку пластин золота в «царской водке». Он хранил образцы жидкости в бутылках и использовал их для экспериментов, когда просвечивал жидкость лучом света. В своей записной книжке Фарадей отмечал: «Конус в жидкости четко определялся освещенными частицами». Он понял, что эффект конуса возник потому, что жидкость содержала взвешенные частицы золота, которые были слишком малы, чтобы их можно было увидеть научными приборами того времени, но которые рассеивали свет. Этот эффект дошел до наших дней как эффект Фарадея-Тиндалла. Полученные Фарадеем коллоиды до сих пор оптически активны и хранятся в Королевском институте в Лондоне: даже сейчас можно провести точно такой же эксперимент, как и Фарадей, направив, например, современную лазерную указку через бутылку и создав конус света. Никто не знает, почему это происходит: в то время как большинство коллоидных растворов хранятся несколько месяцев или даже год, бутылочкам с растворами Фарадея уже более 150 лет.