Articulo de referencia

azul de Prusia

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El azul de Prusia (también conocido como azul de Berlín , azul de Brandeburgo , azul parisino y azul de París ) es un pigmento azul oscuro producido por oxidación de sales de ferrocianuro ferroso . Su fórmula química es Fe₄ [ Fe( CN ) ] . Está compuesto por cationes Fe³⁺ , donde el hierro se encuentra en estado de oxidación +3, y aniones [ Fe(CN) ] ₄⁻ , donde el hierro se encuentra en estado de oxidación +2; por lo tanto, otro nombre para esta sal es hexacianoferrato(II) de hierro(III). El azul de Turnbull es esencialmente idéntico químicamente, excepto que tiene diferentes impurezas y tamaños de partícula —debido a que se elabora a partir de diferentes reactivos— y, por lo tanto, tiene un color ligeramente diferente.

El azul de Prusia se creó a principios del siglo XVIII y es el primer pigmento sintético moderno . Se prepara como una dispersión coloidal muy fina , ya que el compuesto no es soluble en agua. Contiene cantidades variables [ 2 ] de otros iones y su apariencia depende sensiblemente del tamaño de las partículas coloidales. El pigmento se utiliza en pinturas , se hizo prominente en los grabados japoneses en madera aizuri-e (藍摺り絵) del siglo XIX , y es el "azul" tradicional en los planos técnicos .

En medicina, el azul de Prusia administrado por vía oral se utiliza como antídoto para ciertos tipos de intoxicación por metales pesados , por ejemplo, por talio(I) e isótopos radiactivos de cesio . La terapia aprovecha las propiedades de intercambio iónico del azul de Prusia y su alta afinidad por ciertos cationes metálicos " blandos " . Figura en la Lista de Medicamentos Esenciales de la Organización Mundial de la Salud , que incluye los medicamentos más importantes necesarios en un sistema básico de salud . [ 3 ]

El azul de Prusia dio nombre al ácido prúsico (cianuro de hidrógeno) derivado del mismo. En alemán, el cianuro de hidrógeno se llama Blausäure ('ácido azul').

Historia

La gran ola de Kanagawa de Hokusai , una obra de arte que hace un uso extensivo del azul de Prusia.

El pigmento azul de Prusia es significativo porque fue el primer pigmento azul estable y relativamente resistente a la luz que se utilizó ampliamente tras la pérdida del conocimiento sobre la síntesis del azul egipcio . Los pintores europeos habían utilizado previamente varios pigmentos como el tinte índigo , el esmalte y el púrpura de Tiro , y el ultramar extremadamente caro obtenido del lapislázuli . Los pintores y grabadores japoneses , de igual manera, no tuvieron acceso a un pigmento azul de larga duración hasta que comenzaron a importar azul de Prusia de Europa. [ 4 ]

El azul de Prusia Fe 7 ( CN ) 18 (también ( Fe 4 [ Fe(CN) 6 ] 3 · xH 2 O ) probablemente fue sintetizado por primera vez por el fabricante de pinturas Johann Jacob Diesbach en Berlín alrededor de 1706. [ 5 ] [ 6 ] Se cree que el pigmento se creó accidentalmente cuando Diesbach usó potasa contaminada con sangre para crear un tinte rojo de cochinilla . El tinte original requería potasa, sulfato férrico y cochinilla seca. En cambio, la sangre, la potasa y el sulfato de hierro reaccionaron para crear un compuesto conocido como ferrocianuro de hierro, que, a diferencia del pigmento rojo deseado, tiene un tono azul muy distintivo. [ 7 ] Fue llamado Preußisch blau y Berlinisch Blau en 1709 por su primer comerciante. [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]

El pigmento reemplazó fácilmente al costoso azul ultramar derivado del lapislázuli y fue un tema importante en las cartas intercambiadas entre Johann Leonhard Frisch y el presidente de la Academia Prusiana de Ciencias , Gottfried Wilhelm Leibniz , entre 1708 y 1716. [ 8 ] Se menciona por primera vez en una carta escrita por Frisch a Leibniz, del 31 de marzo de 1708. No más tarde de 1708, Frisch comenzó a promocionar y vender el pigmento por toda Europa. En agosto de 1709, el pigmento había sido denominado Preussisch blau ; en noviembre de 1709, el nombre alemán Berlinisch Blau fue utilizado por primera vez por Frisch. El propio Frisch es el autor de la primera publicación conocida del azul de Prusia en el periódico Notitia Coerulei Berolinensis nuper inventi en 1710, como se puede deducir de sus cartas. Diesbach había estado trabajando para Frisch desde aproximadamente 1701.

azul de Prusia
Azul de Prusia en un vial

El Entierro de Cristo , fechado en 1709 por Pieter van der Werff (Galería de Pinturas, Sanssouci , Potsdam), es la pintura más antigua conocida en la que se utilizó azul de Prusia. Hacia 1710, los pintores de la corte prusiana ya utilizaban este pigmento. Casi al mismo tiempo, el azul de Prusia llegó a París, donde Antoine Watteau y posteriormente sus sucesores Nicolas Lancret y Jean-Baptiste Pater lo emplearon en sus pinturas. [ 5 ] [ 11 ] François Boucher utilizó el pigmento extensamente tanto para azules como para verdes. [ 12 ]

En 1731, Georg Ernst Stahl publicó un relato de la primera síntesis del azul de Prusia. [ 13 ] La historia involucra no solo a Diesbach, sino también a Johann Konrad Dippel . Diesbach intentaba crear un pigmento rojo a partir de la cochinilla, pero obtuvo el azul como resultado de la potasa contaminada que estaba utilizando. Tomó prestada la potasa de Dippel, quien la había usado para producir su aceite animal . Ninguna otra fuente histórica conocida menciona a Dippel en este contexto. Por lo tanto, es difícil juzgar la fiabilidad de esta historia hoy en día. En 1724, la receta fue finalmente publicada por John Woodward. [ 14 ] [ 15 ] [ 16 ]

En 1752, el químico francés Pierre J. Macquer dio el importante paso de demostrar que el azul de Prusia podía reducirse a una sal de hierro y un nuevo ácido, que podía usarse para reconstituir el colorante. [ 17 ] El nuevo ácido, cianuro de hidrógeno , aislado por primera vez del azul de Prusia en forma pura y caracterizado en 1782 por el químico sueco Carl Wilhelm Scheele , [ 18 ] recibió finalmente el nombre de Blausäure (literalmente 'ácido azul') debido a su derivación del azul de Prusia, y en inglés se conoció popularmente como ácido prúsico. El cianuro , un anión incoloro que se forma en el proceso de fabricación del azul de Prusia, deriva su nombre de la palabra griega para azul oscuro.

A finales del siglo XIX, el rabino Gershon Henoch Leiner , el rabino jasídico de Radzin , tiñó tzitzit con azul de Prusia elaborado con sepia , creyendo que este era el verdadero tinte techeiles . Si bien algunos han cuestionado su identidad como techeiles debido a su producción artificial, y han afirmado que si el rabino Leiner hubiera sido consciente de ello, habría retractado su postura de que su tinte era techeiles, [ 19 ] otros lo han refutado y han afirmado que el rabino Leiner no se habría retractado. [ 20 ]

Símbolo militar

Uniformes militares prusianos

Desde principios del siglo XVIII, el azul prusiano fue el color predominante de los uniformes de los regimientos de infantería y artillería del ejército prusiano . [ 21 ] Como Dunkelblau (azul oscuro), este tono adquirió una importancia simbólica y continuó siendo usado por la mayoría de los soldados alemanes para ocasiones ceremoniales y de descanso hasta el estallido de la Primera Guerra Mundial , cuando fue reemplazado por el gris verdoso de campo ( Feldgrau ). [ 22 ]

Síntesis

El azul de Prusia se produce por oxidación de sales de ferrocianuro ferroso. Estos sólidos blancos tienen la fórmula M2 Fe[Fe(CN)6 ]dondeM += Na +o K +El hierro presente en este material es completamente ferroso, de ahí la ausencia del color intenso asociado a la valencia mixta. La oxidación de este sólido blanco con peróxido de hidrógeno o clorato de sodio produce ferricianuro y da lugar al azul de Prusia. [ 23 ]

Una forma "soluble", KFe 3+ [ Fe 2+ (CN) 6 ] , que en realidad es coloidal , se puede obtener a partir de ferrocianuro de potasio y hierro(III):

K + + Fe 3+ + [ Fe 2+ (CN) 6 ] 4− → KFe 3+ [ Fe 2+ (CN) 6 ]

La reacción similar del ferricianuro de potasio y el hierro(II) da como resultado la misma solución coloidal, porque [ Fe 3+ (CN) 6 ] 3− se convierte en ferrocianuro.

El azul de Prusia "insoluble" se obtiene si, en las reacciones anteriores, se añade un exceso de Fe(III):

4Fe 3+ + 3 [ Fe 2+ (CN) 6 ] 4− → Fe 3+ [ Fe 3+ Fe 2+ (CN) 6 ] 3 [ 24 ] 

A pesar de que se prepara a partir de sales de cianuro, el azul de Prusia no es tóxico porque los grupos cianuro están fuertemente unidos al hierro. [ 25 ] Tanto el ferrocianuro (( Fe 2+ (CN) 6 ) 4− ) como el ferricianuro (( Fe 3+ (CN) 6 ) 3− ) son cianometalatos poliméricos particularmente estables y no tóxicos debido a la fuerte coordinación del hierro con los iones cianuro. Aunque el cianuro se une bien a los metales de transición en general, como el cromo, estos compuestos de coordinación sin hierro no son tan estables como los cianuros de hierro, por lo que aumenta el riesgo de liberación de iones CN y, por consiguiente, la toxicidad comparativa. [ 26 ]

El azul de Turnbull

Ion ferricianuro , utilizado para fabricar el azul de Turnbull.

Antiguamente, se creía que la adición de sales de hierro(II) a una solución de ferricianuro producía un material distinto del azul de Prusia. Tradicionalmente, este producto se denominaba azul de Turnbull (TB). Sin embargo, los métodos de difracción de rayos X y de electrones han demostrado que las estructuras del azul de Prusia (PB) y del TB son idénticas. [ 27 ] [ 28 ] Las diferencias en los colores del TB y del PB reflejan sutiles diferencias en los métodos de precipitación, que afectan notablemente al tamaño de partícula y al contenido de impurezas.

blanco prusiano

El blanco de Prusia, también conocido como blanco de Berlín o sal de Everett , es el extremo sódico de la forma totalmente reducida del azul de Prusia , en la que todo el hierro se encuentra como Fe(II). Es un hexacianoferrato sódico de Fe(II) con fórmula Na₂Fe [ Fe (CN) ] . [ 29 ] Su peso molecular es de 314 g/mol . [ 29 ]

Una fórmula más genérica que permite la sustitución de cationes Na + por cationes K + es A (2−x) B x Fe 2 (CN) 6 (en la que A o B = Na + o K + ).

El blanco de Prusia está estrechamente relacionado con el azul de Prusia, pero difiere significativamente por su estructura cristalográfica, el tamaño de poro de su estructura molecular y su color. El blanco de Prusia de sodio cúbico, Na (2−x) K x Fe 2 (CN) 6 ·yH 2 O , y el blanco de Prusia de potasio, K (2−x) Na x Fe 2 (CN) 6 ·yH 2 O , son candidatos como materiales de cátodo para baterías de iones de sodio . [ 30 ] La inserción de cationes Na + y K + en la estructura del blanco de Prusia de potasio proporciona efectos sinérgicos favorables que mejoran la estabilidad de la batería a largo plazo y aumentan el número de posibles ciclos de recarga, prolongando su vida útil. [ 30 ] La estructura de gran tamaño del blanco de Prusia acomoda fácilmente los cationes Na + y K + facilita su intercalación y posterior extracción durante los ciclos de carga/descarga. La estructura cristalina huésped, amplia y rígida, contribuye a su estabilidad volumétrica frente a la tensión y deformación internas que se desarrollan en las baterías de sodio tras muchos ciclos. [ 29 ] El material también ofrece perspectivas de altas densidades de energía (Ah/kg) a la vez que proporciona una alta tasa de recarga, incluso a bajas temperaturas. [ 29 ]

Propiedades

El azul de Prusia es un polvo azul microcristalino . Es insoluble, pero los cristalitos tienden a formar un coloide. Dichos coloides pueden pasar a través de filtros finos. [ 2 ] A pesar de ser uno de los compuestos sintéticos más antiguos conocidos, la composición del azul de Prusia permaneció incierta durante muchos años. Su identificación precisa se vio complicada por tres factores:

  • El azul de Prusia es extremadamente insoluble, pero también tiende a formar coloides.
  • Las síntesis tradicionales tienden a producir composiciones impuras.
  • Incluso el azul de Prusia puro es estructuralmente complejo, lo que desafía el análisis cristalográfico rutinario.

Estructura cristalina

Esferas de coordinación de Fe en azul de Prusia idealizado
La celda unitaria del azul de Prusia, con todos los sitios ocupados. Faltará aleatoriamente una cuarta parte de los grupos Fe(CN) 6 mostrados, lo que dará como resultado, en promedio, solo 18 iones cianuro (en lugar de los 24 mostrados) y tres átomos de hierro ferroso.
Perfil de difracción de rayos X de polvo simulado para un cristal de azul de Prusia, con la dirección cristalográfica anotada. Imagen generada con el software CrystalMaker.

La fórmula química del azul de Prusia insoluble es Fe 7 (CN) 18 · x H 2 O , donde x = 14–16. La estructura se determinó utilizando espectroscopia IR , espectroscopia Mössbauer , cristalografía de rayos X y cristalografía de neutrones . Dado que la difracción de rayos X no puede distinguir fácilmente el carbono del nitrógeno en presencia de elementos más pesados ​​como el hierro, la ubicación de estos elementos más ligeros se deduce por medios espectroscópicos, así como observando las distancias desde los centros de los átomos de hierro. La difracción de neutrones puede distinguir fácilmente los átomos de N y C, y se ha utilizado para determinar la estructura detallada del azul de Prusia y sus análogos. [ 31 ] [ 32 ] [ 33 ] [ 34 ] [ 35 ] [ 36 ] [ 37 ] [ 38 ] [ 39 ] [ 40 ] [ 41 ]  

El PB tiene una estructura de red cúbica centrada en las caras , con cuatro iones de hierro(III) por celda unitaria. Los cristales de PB "solubles" contienen iones K + intersticiales ; el PB insoluble tiene agua intersticial, en cambio. En cristales de PB insolubles ideales, el marco cúbico está construido a partir de secuencias Fe(II)–C–N–Fe(III), con distancias Fe(II)–carbono de 1,92 Å y distancias Fe(III)–nitrógeno de 2,03 Å. Una cuarta parte de los sitios de las subunidades Fe(CN) 6 (supuestamente al azar) están vacantes (vacíos), dejando tres de estos grupos en promedio por celda unitaria. [ 42 ] Los sitios de nitrógeno vacíos están llenos de moléculas de agua, que están coordinadas con Fe(III).

La celda unitaria del azul de Prusia, determinada por difracción de neutrones , [ 42 ] presenta moléculas de agua cristalográficamente desordenadas tanto en las posiciones de los iones cianuro como en el espacio vacío de la estructura. Nuevamente, faltará una cuarta parte de los grupos Fe(CN) 6 mostrados. Esta ilustración superpone ambas posibilidades en cada sitio: moléculas de agua o iones cianuro.

Los centros de Fe(II), que son de bajo espín , están rodeados por seis ligandos de carbono en una configuración octaédrica . Los centros de Fe(III), que son de alto espín , están rodeados octaédricamente en promedio por 4,5 átomos de nitrógeno y 1,5 átomos de oxígeno (el oxígeno de las seis moléculas de agua coordinadas). Alrededor de ocho moléculas de agua (intersticiales) están presentes en la celda unitaria, ya sea como moléculas aisladas o unidas por enlaces de hidrógeno al agua coordinada. Cabe destacar que en los hexacianoferratos solubles , el Fe(II o III) siempre está coordinado al átomo de carbono de un cianuro , mientras que en el azul de Prusia cristalino los iones Fe están coordinados tanto a C como a N. [ 43 ]

La composición es notablemente variable debido a la presencia de defectos en la red cristalina, lo que permite su hidratación en diversos grados a medida que las moléculas de agua se incorporan a la estructura para ocupar las vacantes catiónicas . La variabilidad de la composición del azul de Prusia se atribuye a su baja solubilidad , lo que provoca su rápida precipitación sin tiempo suficiente para alcanzar el equilibrio completo entre sólido y líquido. [ 42 ] [ 44 ]

Color

El azul de Prusia es de color intenso y tiende al negro y al azul oscuro cuando se mezcla con pinturas al óleo . El tono exacto depende del método de preparación, que determina el tamaño de las partículas. El intenso color azul del azul de Prusia se asocia con la energía de la transferencia de electrones de Fe(II) a Fe(III). [ 45 ] Muchos de estos compuestos de valencia mixta absorben ciertas longitudes de onda de la luz visible como resultado de la transferencia de carga de valencia mixta . En este caso, se absorbe la luz roja de alrededor de 680 nanómetros de longitud de onda, y la luz reflejada aparece como resultado azul. [ 46 ]

Como la mayoría de los pigmentos de alta saturación , el azul de Prusia no se puede visualizar con precisión en una pantalla de ordenador. El azul de Prusia es electrocrómico : cambia de azul a incoloro al reducirse . Este cambio se produce por la reducción del Fe(III) a Fe(II), eliminando la transferencia de carga de valencia intermedia que da color al azul de Prusia.

Usar

Pigmento

Las esferas del Gran Reloj de Westminster , restauradas a su esquema de color original de 1859 de azul prusiano y oro [ 47 ]

Debido a que es fácil de hacer, barato, no tóxico y de color intenso, el azul de Prusia ha atraído muchas aplicaciones. Fue adoptado como pigmento muy poco después de su invención y casi inmediatamente se usó ampliamente en pinturas al óleo, acuarelas y tintes. [ 48 ] Los usos dominantes son para pigmentos: alrededor de 12 000 toneladas de azul de Prusia se producen anualmente para su uso en tintas negras y azuladas . Una variedad de otros pigmentos también contienen el material. [ 23 ] Azul de ingeniero y el pigmento formado en cianotipos , de ahí su nombre común de planos . Ciertos crayones alguna vez fueron coloreados con azul de Prusia (más tarde renombrado azul medianoche ). De manera similar, el azul de Prusia es la base para el azulado de la ropa .

Según el Observatorio de Nanomateriales de la Unión Europea, las nanopartículas de azul de Prusia se utilizan como pigmentos en algunos ingredientes cosméticos.

Medicamento

La capacidad del azul de Prusia para incorporar cationes metálicos monovalentes ( Me + ) lo hace útil como agente secuestrante para ciertos metales pesados ​​tóxicos . El azul de Prusia de grado farmacéutico, en particular, se utiliza en personas que han ingerido talio (Tl+) o cesio radiactivo (134Cs+ , 137Cs + ) . Según el Organismo Internacional de Energía Atómica ( OIEA ) , un hombre adulto puede consumir al menos 10 g de azul de Prusia al día sin sufrir daños graves. La Administración de Alimentos y Medicamentos de los Estados Unidos (FDA) ha determinado que las cápsulas de azul de Prusia de 500 mg, cuando se fabrican bajo las condiciones de una solicitud de nuevo fármaco aprobada, pueden ser una terapia segura y eficaz en ciertos casos de intoxicación. [ 50 ] [ 51 ] Radiogardase (cápsulas insolubles en azul de Prusia [ 52 ] ) es un producto comercial para la eliminación de cesio-137 del intestino , así indirectamente del torrente sanguíneo al intervenir en la circulación enterohepática de cesio-137, [ 53 ] reduciendo el tiempo de residencia interna (y la exposición) en aproximadamente dos tercios. En particular, se utilizó para adsorber y eliminar 137 Cs + de las personas intoxicadas en el accidente de Goiânia en Brasil. [ 2 ] 

Tinte para hierro

El azul de Prusia es una tinción histopatológica común utilizada por los patólogos para detectar la presencia de hierro en muestras de biopsia , como en muestras de médula ósea . La fórmula original de la tinción, conocida históricamente (1867) como " azul de Prusia de Perls " en honor a su inventor, el patólogo alemán Max Perls (1843-1881), utilizaba soluciones separadas de ferrocianuro de potasio y ácido para teñir el tejido (actualmente se utilizan combinadas, justo antes de la tinción). Los depósitos de hierro en el tejido forman entonces el colorante azul de Prusia púrpura, que se visualiza como depósitos azules o púrpuras. [ 54 ]

Por maquinistas y fabricantes de herramientas

El azul de Prusia, un pigmento de base oleosa, es el material tradicional utilizado para marcar superficies metálicas como placas y cojinetes para el raspado manual . Se aplica una fina capa de pasta no secante sobre una superficie de referencia, la cual se transfiere a las zonas elevadas de la pieza. Posteriormente, el operario raspa, pule o elimina de otro modo las zonas marcadas. El azul de Prusia es preferible porque no desgasta las superficies de referencia, extremadamente precisas, como sí lo hacen muchos pigmentos molidos. Otros usos incluyen el marcado de los dientes de los engranajes durante el montaje para determinar sus características de interfaz.

El azul de Prusia también se utiliza en forma seca para marcar las características de las piezas en materia prima. El operario aplica el azul de Prusia y luego traza las líneas que se van a mecanizar con herramientas como calibradores y medidores de altura. El azul de Prusia es valioso en esta aplicación porque las líneas trazadas en el recubrimiento permiten al operario palpar con precisión las características con herramientas de marcado como punzones.

En química analítica

El azul de Prusia se forma en el ensayo de azul de Prusia para fenoles totales . A las muestras y a los estándares fenólicos se les añade cloruro férrico ácido y ferricianuro, que se reduce a ferrocianuro por acción de los fenoles. El cloruro férrico y el ferrocianuro reaccionan para formar azul de Prusia. La comparación de la absorbancia a 700  nm de las muestras con los estándares permite determinar los fenoles o polifenoles totales . [ 55 ] [ 56 ]

Uso doméstico

El azul de Prusia está presente en algunas preparaciones de azulado de ropa , como el azulado de la Sra. Stewart . [ 57 ]

Investigación

Materiales de la batería

Voltamogramas cíclicos de un electrodo de azul de Prusia en solución de diferentes cationes alcalinos.

El azul de Prusia (PB) se ha estudiado por sus aplicaciones en el almacenamiento electroquímico de energía desde 1978. [ 58 ] El azul de Prusia propiamente dicho (el sólido Fe-Fe) muestra dos transiciones redox reversibles bien definidas en soluciones de K + . Los iones de potasio débilmente solvatados (así como Rb + y Cs + , no mostrados) tienen el radio de solvatación , que se ajusta a la estructura del azul de Prusia. Por otro lado, los tamaños de Na + y Li + solvatados son demasiado grandes para la cavidad del PB, y la intercalación de estos iones se ve obstaculizada y es mucho más lenta. Los conjuntos de picos de bajo y alto voltaje en la voltametría cíclica corresponden a 1 y 2 / 3 electrón por átomo de Fe, respectivamente. [ 59 ] El conjunto de alto voltaje se debe a la transición Fe 3+ /Fe 2+ en los iones Fe de bajo espín coordinados a átomos de C. El conjunto de bajo voltaje se debe al ion Fe de alto espín coordinado a átomos de N. [ 60 ] [ 61 ] [ 62 ]

Es posible sustituir los centros metálicos de Fe en el azul de Prusia (PB) por otros iones metálicos como Mn, Co, Ni y Zn, para formar análogos de azul de Prusia (PBA) electroquímicamente activos. Los PB/PBA y sus derivados también se han evaluado como materiales de electrodo para la inserción y extracción reversible de iones alcalinos en baterías de iones de litio , sodio y potasio .

Véase también

"Wear Your Love Like Heaven" es una canción y sencillo estadounidense del cantautor británico Donovan, lanzado en 1967. Primera línea: "Color en el cielo, azul prusiano".

Referencias

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