Пруско сино

Во XVIII век, хемијата сè уште се наоѓала во преодна фаза – помеѓу алхемијата и модерната наука. Во тој свет на експерименти, мириси, пареа и бои, се појавува Пјер-Жозеф Макер,  француски хемичар кој оставил длабока трага во историјата на науката.

Pierre-Joseph Macquer, 1718–1784

Макер е автор на „Dictionnaire de Chymie“ (1766) – првиот систематски речник на теоретска и општа хемија. Првично го објавил анонимно, сметајќи дека делото е напишано пребрзо и не е доволно совршено. Сепак, книгата доживеала голем успех и повеќе изданија, претставувајќи темел врз кој подоцна ќе се развие модерната хемиска номенклатура.

Макер е автор на „Dictionnaire de Chymie“ (1766) – првиот систематски речник на теоретска и општа хемија. Првично го објавил анонимно, сметајќи дека делото е напишано пребрзо и не е доволно совршено. Сепак, книгата доживеала голем успех и повеќе изданија, претставувајќи темел врз кој подоцна ќе се развие модерната хемиска номенклатура.

Пруско сино и нијанси со водени бои

Бојата што се роди од случајност

Откритието на пруското сино во 1706 година е една од најромантичните приказни во историјата на хемијата. Берлинскиот бојаџија Јохан Јакоб Дисбах се обидувал да произведе црвен пигмент, познат како Florentine lake, мешајќи железен витриол со кохинила и алкалии.

Железен витриол: железо(II) сулфат хептахидрат: FeSO₄·7H₂O

• Во присуство на алкалии (на пр. NaOH или KOH), железото хидролизира и формира Fe(OH)₂, кој понатаму може да се оксидира до Fe(OH)₃ или Fe₂O₃·xH₂O (како жолтокафеав талог).

Кохинил (кармин): Кохинилот од бубачки содржи органски киселини и полифеноли, кои можат да формираат комплексни соли со Fe²⁺ или Fe³⁺ - тоа е основата на т.н. железни бои (iron-gall ink), каде железото и танините создаваат црно-сина боја.

1. Реакција со алкалии:

FeSO₄ ⋅ 7H₂O + 2NaOH  → Fe(OH)₂  + Na₂SO₄ + 7H₂O

Fe(OH)₂ е светло зелен талог кој оксидира во Fe(OH)₃ (кафеав талог) при изложување на воздух.

2. Комплекс со кохинил:

Fe²⁺ + (кохинил) →  [Fe(кохинил)]²⁺ (црвено−синкомплекс)

Ова е поедноставена формула, бидејќи вистинската структура на комплексот е органска и тешко е да се запише стандардна молекуларна равенка.

Основниот принцип: Fe²⁺/Fe³⁺ + полифенолен пигмент → цврст, стабилен комплекс со боја.

Бидејќи немал повеќе поташа, позајмил од соседниот алхемичар Јохан Конрад Дипел, кој својата поташа ја дестилирал со „животинско масло“ - производ од обработка на сушена воловска крв.
Кога Дисбах ја употребил оваа мешавина, наместо очекуваната црвена добил интензивна длабоко сина боја – пруско сино.

Реакција на FeSO₄ со поташа

FeSO₄ ⋅ 7H₂O + K₂CO₃ →  FeCO₃ + K₂SO₄ + 7H₂O

• FeCO₃ е зеленкаст талог (ферозен карбонат) кој може да оксидира на воздух во Fe₂O₃·xH₂O (кафеав).
• Карбонатниот алкален медиум овозможува железото да реагира со полифенолните групи на кохинилот.

Fe²⁺+ (кохинил) →  [Fe(кохинил)]²⁺(црвено−синкомплекс)

• Реакцијата е слична како со NaOH, само што алкалната средина се создава од поташа.
• Комплексот е органски и стабилен, и токму тој му дава боја на црнилото на пигментот.

Така, случајот ја роди првата синтетичка боја во историјата на човештвото, направена без никаква природна состојка. Ова откритие, чиј таен рецепт се чувал со години, брзо ги заменило скапите природни сини пигменти како ултрамаринот од лапис лазули.
Во 1724 година тајната била откриена, и како што пишува во хрониките, „секој пристоен алхемичар можел да направи пруско сино“ - што ги натерало берлинските мајстори да ја загубат својата монополска предност.

Дипел и неговиот помошник Ресер произведувале амониум карбонат со калцинација на поташа и сушена воловска крв. Остатоците од тој процес, наместо да се фрлат, случајно биле искористени од Дисбах при мешањето на бојата.
Клучот бил токму во таа реакција: од крвта и поташата се создавале цијанидни соединенија, кои при реакција со железо давале син пигмент - железен(III) фероцијанид Fe₄[Fe(CN)₆]₃.

Во суштина, трагедијата и убавината на пруското сино лежат во истиот хемиски корен: цијанидниот анјон или цијанот (CN⁻), јон што под одредени услови создава и еден од најсмртоносните гасови – цијановодородот (HCN). Така, од една случајна нечистотија родена во алхемиска реторта, човештвото доби пигмент на уметноста, но и хемиски симбол на живот и смрт.

4FeCl₃ + 3K₄[Fe(CN)₆]  →  Fe₄[Fe(CN)₆]₃ + 12KCl

Понекогаш реакцијата се изведува со FeSO₄ + K₃[Fe(CN)₆]:

3FeSO₄+ 2K₃[Fe(CN)₆]  →  Fe₃[Fe(CN)₆]2 + 3K₂SO₄

 Резултат: темно-син талог – пруско сино.

Пјер-Жозеф Макер и анализата на пруското сино

Во 1752 година Пјер-Жозеф Макер се зафатил да го испита составот на пруското сино. Тој забележал дека кога ќе се размеша во свежо приготвен раствор на поташа, сината боја исчезнува и се создава кафеав талог.
Макер заклучил дека железото во пигментот му го „враќа“ својот обоен материјал на поташата и потоа се таложи како железен хидроксид. Овој едноставен експеримент го отвори патот кон разбирање на сложената природа на ова соединение.

Иако Макер не знаел дека во игра се цијанидни комплекси, тој го поставил темелот за подоцнежните истражувања на Шеле, Геј-Лусак и Берцелиус. Подоцна, Карл Вилхелм Шеле (1774) загревал пруско сино со сулфурна киселина и го дестилирал „обоениот материјал“ во водена пареа – добивајќи киселина што ја нарекол acidum berolinense или пруска киселина. Таа подоцна ќе се идентификува како цијановодородна киселина (HCN).

Во 1815 година Жозеф Луј Геј-Лисак прв го синтетизирал чистиот acide prussique и ги вовел термините цијаноген („оној што создава сино“) и цијанид. Со тоа конечно било разјаснето дека „обоениот материјал“ во пруското сино потекнува од цијанидните комплекси на железото.

Современата формула на пруското сино е Fe₄[Fe(CN)₆]₃·xH₂O. Тоа е сложен координациски полимер, каде железото постои во две оксидациски состојби: Fe²⁺ и Fe³⁺, кои се поврзани преку цијанидни мостови.
Токму електронскиот пренос помеѓу овие железни јони ја создава интензивната синкава боја. Хемиски, ова е класичен пример на charge-transfer комплекс, еден од првите во историјата на неорганската хемија.

Од уметност до медицина

Пруското сино стана симбол на уметничка длабочина и хемиска генијалност. Уметници како Кацушика Хокусаи го користеле во своите гравури, меѓу кои и прочуената Голем бран во Канагава. Подоцна, и Ван Гог и Пикасо (во својата „сина фаза“) го користеле како пигмент на меланхолијата и спокојството.

Но, неговата приказна не завршува во уметноста. Денес пруското сино има и медицинска примена - како антидот за труење со цезиум-137 и талиум, поради неговата способност да ги врзува овие катјони во цревата и да ги спречува да влезат во организмот.
Парадоксално, пигментот што произлегол од крв и отров денес спасува животи.

Пруското сино претставува мост меѓу алхемијата и модерната хемија, меѓу уметноста и науката, меѓу случајноста и логиката.
Од мистериозната реакција на поташа и крв, преку експериментите на Макер, до откритијата на Шеле и Геј-Лисак - оваа боја ја следи судбината на човечката љубопитност: од непознато кон знаење, од хаос кон хармонија.