Методическая разработка. Интерактивный мастер - класс "Химическая лаборатория пигментов и красителей"

Методическая разработка

Интерактивный научный мастер – класс по теме: «Химическая лаборатория пигментов и красителей»

Автор: Михеева Елена Леонидовна, учитель химии МБОУ СОШ №4

г. Мыски, Кемеровская область.

Цели и задачи научного мастер класса:

Цель: сформировать первоначальные представления о деятельности химика, химических способах получения пигментов и красителей и возможности их использовании в окрашивании тканей

Задачи:

• сформировать представление о различных компонентах красок, а также о пигментах как основном компоненте красок

• сформировать представление о стойких и нестойких пигментах, а также откуда (из какого сырья) в древности люди смогли получить стойкие пигменты

• познакомить с техникой окрашивания ткани “tie – dye”, которая появилась в VI в. н.э. и окрасить салфетку этим способом

Предполагаемые предметные результаты

1.учащиеся узнают:

• что раньше пигменты получали из камней, растений и животных, но это было трудно и дорого

• состав красок: гуашевые краски состоят из пигмента (отвечают за цвет), белил (отвечают за плотность, непрозрачность) и клея

• сегодня большинство пигментов и красителей получают химическим путем

• о различных компонентах красок, а также о пигментах как основном компоненте красок

• о стойких и нестойких пигментах, а также откуда (из какого сырья) в древности люди смогли получить стойкие пигменты

• познакомятся с техникой окрашивания ткани “tie – dye”, которая появилась в VI в. н.э.

2. учащиеся смогут:

• получить краску с помощью химических реакций

• окрасить салфетку химическими пигментами, используя технику окрашивания ткани “tie – dye” и создать высокохудожественное произведение с помощью химических реакций

Целевая возрастная категория: учащиеся 1-6 классов

Опыт №1 Получаем гуашь

Оборудование

• На одно рабочее место:

• поднос

• 4 склянки с солями, заполнены целиком (Пигмент-1, Пигмент-2, Белила-1, Белила-2) + 1 банка-капельница с клеем ПВА

• штатив с 2 стеклянными пробирками

• 2 стаканчика + 2 воронки

• перчатки

• На 4 подноса:

• 1 пластиковый стакан с эппендорфами

• 1 пластиковый стакан с кисточками и палочками

• 1 чашка Петри с фильтрами

• 1 прозрачная форма для зиплоков

• 1 стеклянный купол с раковиной и камнем

• В склянки на 125 мл налить 3% растворы: хлорида железа (III), желтой кровяной соли, сульфата цинка и пищевой соды. Вставить пипетки Пастера, крышки убрать.

• Заменить заводские наклейки банок-капельниц с клеем ПВА на наклейки из полиграфии “Клей поливинилацетат».

• В пластиковые стаканы налить воды и поставить туда кисточки (вниз головой) и палочки.

• Положить кусочки обоев или бумаги

• Лабораторные халаты

• Очки

Тайминг научного мастер - класса

Подробный сценарий научного мастер - класса

Опыт №2 Химический батик

Покрасьте платок с помощью ярких химических реакций!

Оборудование:

• Сульфат меди(II)

• Сульфат железа(II) или хлорид железа III

• Гексацианоферрат(III) калия (красная кровяная соль).

• Подносы

• Кусочки х/б ткани 15х15 (на каждого ребенка)

• Пипетки Пастера

• Резинки канцелярские или нитки

• Контейнеры с водой и ведро для слива

• Пинцеты

• Стеклянные палочки

• Чашки Петри

• Стакан с водой каждому ребенку

• Большая емкость с водой для ведущего

• 1 Зиплок каждому ребенку

Безопасность

• Перед началом опыта наденьте очки.

• Проводите эксперимент на подносе.

Пошаговая инструкция для опыта №2

Проводите опыт исключительно на подносе и в защитных перчатках.

Мы работали без перчаток, но когда дети начинали работать с растворами, говорили им, что теперь ткань трогать руками нельзя, берем и переворачиваем только пинцетами.

Вымочите ткань в воде. Дети вымачивают кусочки белой х/б ткани в контейнере с чистой водой и отжимают. Сухая ткань не пропитывается растворами.

Положите ткань на чашку Петри, возьмите деревянную палочку, поставьте ее на середину ткани, закрутите и зафиксируйте ткань. Мы помогали детям это делать, не у всех детей это получается. Здесь важно немного прижимать ткань при закручивании, чтобы получилась более-менее плоская «розочка». Фиксировали канцелярскими резинками, главное, чтобы эти комочки-розочки не рассыпались. Положите свои комочки в чашку Петри.

Нанесите гексацианоферрат(III) калия K₃[Fe(CN)₆] на ткань.

Возьмите пипетку, наберите в нее раствор красной кровяной соли и полностью пропитайте этим раствором свои комочки-бомбочки-розочки. Сначала с одной стороны, потом с помощью пинцета переверните и пропитайте с другой стороны.

А теперь приступим к самому главному и интересному.

Наберите в одну пипетку р-р сульфата железа, а в другую р-р сульфата меди. И начинайте капать эти растворы в разные места своих комочков. Переверните с помощью пинцета и продолжайте окрашивать с другой стороны.

И сульфат железа(II) FeSO₄, и сульфат меди CuSO₄ реагируют с гексацианоферратом(III) калия K₃[Fe(CN)₆] с образованием ярко окрашенных веществ — синий с Fe₃[Fe(CN)₆]₂ и коричневый с Cu₃[Fe(CN)₆]₂.

Теперь возьмите свои окрашенные комочки пинцетом и прополосните их в контейнере с чистой водой. Разверните, посмотрите, у всех получись разные рисунки: спиральки, цветочки, птички, мордочки животных,… Ведущий прополаскивает ткань еще раз в чистой воде в большой емкости, отжимает и просушивает в бумажных полотенцах, отдает детям и дети радуются. Свои произведения искусства дети забирают с собой в зиплоке.

В процессе промывки ткани рассказываем детям, что же произошло с научной точки зрения.

Оба этих соединения (Fe₃[Fe(CN)₆]₂ и Cu₃[Fe(CN)₆]₂) нерастворимы в воде, поэтому остаются внутри ткани даже после ополаскивания. Такие нерастворимые вещества насыщенных цветов используются для окрашивания материалов и называются пигментами.

Утилизация

Твердые отходы эксперимента утилизируйте вместе с бытовым мусором. Растворы слейте в раковину и затем тщательно промойте ее водой.

Что произошло

Каким образом ткань окрашивается?

Мы используем в качестве красителей растворы гексацианоферрата(III) калия K₃[Fe(CN)₆], сульфата железа(II) FeSO₄ и сульфата меди CuSO₄. Сами по себе эти вещества не оставят яркого следа на ткани, и их можно легко смыть. Поэтому нам нужно «помочь» им закрепиться! Для этого мы и добавляем эти вещества в особой последовательности: вначале раствор гексацианоферрата(III) калия K₃[Fe(CN)₆], а затем уже два других вещества. Вот тогда-то ткань и сохранит свои яркие синий и коричневый цвета! Все это происходит вследствие образования двух новых нерастворимых пигментов.

Когда гексацианоферрат(III) калия K₃[Fe(CN)₆] взаимодействует с сульфатом железа(II) FeSO₄, образуется нерастворимый синий пигмент.

KFe[Fe(CN)₆] — известный с давних времен пигмент берлинская лазурь. Некоторые другие его названия — прусская синь, парижская лазурь и милори. Это соединение хорошо сопротивляется воздействию атмосферного воздуха, света и кислот, но легко разрушается даже самыми слабыми щелочами. Поэтому у берлинской лазури ограниченное количество практических областей применения. Ее используют для получения печатных чернил или бумаги для технических чертежей (синьки), а также для окрашивания бесцветных полимеров (например, полиэтилена).

А вот коричневый цвет появляется вследствие образования слаборастворимого гексацианоферрата меди (II).

Как использовать этот метод окрашивания тканей?

Ткань скучивается при помощи палочки — без этого не получится создать этот характерный узор-спираль. Чем туже закрутить ткань, тем лучше будет рисунок — линии будут более ровными и отчетливыми. Но ткань необходимо намочить, чтобы красителям было легче ее пропитать. Более того, так переходы из цвета в цвет становятся более плавными! Если плохо промочить ткань, то между разными цветами останутся четкие белые границы.

Такая техника окрашивания на английском языке называется «tie-dye» (читается «тай-дай»). Это техника древняя: известно, что она использовалась еще в VI–IX веках нашей эры. Новый всплеск популярности этот метод пережил в 60-е годы прошлого века.

Увиденное нами не кажется чем-то экстраординарным: красители для того и созданы, чтобы что-либо окрашивать, верно? Но какой же механизм стоит за этим простым, на первый взгляд, процессом? Почему красители закрепляются в ткани? Молекулы красителей  образуют химические связи с молекулами материала, из которого сделана ткань.

Однако каждому красителю подходит только «своя» ткань! Хлопок состоит в основном из целлюлозы, к которой легко прикрепляются многие пищевые красители. А вот шерсть и шелк — это по большей части белки́, и им требуется уже другой тип красителей. Так работает химия, и в следующий раз, когда у вас на одежде появится неотстирываемое пятно, не расстраивайтесь, а порадуйтесь за себя — теперь вы знаете, что именно произошло!

Это интересно

Почему красители не смываются с ткани?

Ткань в наборе сделана из хлопка — натурального материала, состоящего в основном из целлюлозы. Красящие частицы в нашем опыте образуются непосредственно внутри самих волокон ткани, где и оседают, надежно с ней сцепляясь. Поскольку эти вещества практически нерастворимы в воде, их очень сложно вымыть из ткани. Такие красители и называют пигментами. Как вы могли уже заметить, пищевые красители тоже хорошо закрепляются в хлопке. Все потому, что они химически взаимодействуют с волокнами ткани.

Рекомендации и примечания от автора.

1.Если у вас ограничено время для мастер - класса, рекомендуем провести только последний опыт. Детям очень понравилось собственное произведение, которое у них получилось и они с радостью понесли его домой, чтобы показать родным и близким свой результат.

2. Еще одна рекомендация: заготовьте побольше канцелярских резинок, необходимых для фиксации тканей во время окрашивания. Они часто рвутся.

3. Химические формулы реагентов детям писать на доске и называть не нужно, пока сами не спросят. Если спросят – ответить, конечно.