Siempre intento transmitiros el por qué de las
cosas desde un punto de vista científico. Muchas de las entradas que
os escribo, me obligan a mi mismo a buscar el fundamento teórico
porque no son campos que domine o de los cuales esté familiarizado.
Hoy me gustaría escribir sobre aquello a lo que me
dedico y por lo que creo que también puede ser interesante.
Mi especialidad es la química inorgánica cerámica.
Me dedico al estudio, control y desarrollo de materiales cerámicos y
más concretamente a los materiales cerámicos para la decoración.
Dentro de los materiales cerámicos que podríamos
considerar, de manera general, los que están compuestos por una
estructura de alumino-silicatos. Me dedico a los pigmentos.
Un pigmento es el "colorante" de la
cerámica.
Se trata de una estructura cristalina formada por
óxidos inorgánicos que albergan en su interior cromóforos
(colorantes) de metales de transición. Los pigmentos deben cumplir dos caracteríticas:
1- Estables a altas temperaturas
2- Estables en medios agresivos (esmaltes fundidos)
Deben ser estables a altas temperaturas porque deben soportar las temperaturas de cocción de las piezas cerámicas. Un rango de 1000-1250ºC aproximadamente.
Los metales de transición, son aquellos que
encontramos en la zona central de la tabla periódica de los
elementos.
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| imagen 1. Tabla periódica de los elementos |
Una de las principales características que
presentan los metales de transición, es que muestran color. Como ya
vimos en anteriores posts, estos es debido a las transiciones de
energía entre niveles.
En función del tipo de cromóforo y de la
estructura, el pigmento mostrará un color u otro. Puede darse el
caso de que dos pigmentos con el mismo cromóforo o cromóforos pero
distinta estructura presenten diferentes colores. Y a la inversa,
misma estructura pero diferente cromóforo. Por tanto es un
compromiso entre estas dos variables la que define el color.
El proceso de obtención de un pigmento es sencillo
a la par que complicado. Sencillo, ya que tan solo requiere la
calcinación a elevada temperatura de una fórmula determinada de
óxidos. Pero complicado, ya que un proceso a elevadas temperaturas
conlleva un riesgo.
Concretamente, las variables a tener en cuenta son
muchas ya que a altas temperaturas pueden producirse reacciones
secundarias que deriven en productos no deseados.
Es por tanto importante definir bien la fórmula,
controlar el tamaño de partícula de los óxidos, la temperatura de
reacción y la atmósfera.
La reacción de formación del pigmento se produce
por contacto, por lo que el tamaño de partícula es importante.
Cuanto menor es el tamaño de partícula, mayor es la superficie
específica y por tanto reaccionarán dos partículas con mayor
facilidad.
Decía que la temperatura de reacción hay que
tenerla en cuenta. Pero no sólo la temperatura máxima que se debe
alcanzar, también es importante el tiempo que va a tardar en llegar
a esa temperatura y el tiempo de residencia. Es decir, el tiempo que
vamos a estar manteniendo al máximo.
Cuando hablamos de atmósfera nos referimos al
volumen que queda libre en el horno. En esta zona circulan los gases
de descomposición de los óxidos y/o el aire. Algunos pigmentos
necesitan que la atmósfera sea concreta para que en función de
ello, el cromóforo presente una forma u otra.
Existen reactivos de nombre mineralizadores que facilitan que se generen atmosferas.
Un cromóforo tiene estados de oxidación, es decir,
vacantes de electrones en su estructura.
En función del estado de oxidación puede
producirse una coloración u otra. Un ejemplo ilustrativo sería el
Cromo (símbolo químico Cr).
El cromo (Cr) presenta, mayoritariamente, dos
estados. El Cr+3 y el Cr+6 (los estados de oxidación se representan
por el número y por un símbolo +/-)
El Cr con estado de oxidación 3 (+3) presenta un
color Verde.
El Cr con estado
de oxidación 6 (+6) presenta un color Amarillo-naranja.
El óxido de cromo
con estado de oxidación 2 (+2) presenta un color negro.
Las atmósferas nos permiten reducir u oxidar
los metales de transición y "dejarlos" en el estado de
oxidación que más nos convenga.
Podemos encontrar muchas clasificaciones de
pigmentos, una que a mi particularmente me gusta mucho es la
siguiente que se basa en la posición del cromóforo en la
estructura,
1-Pigmentos ocluidos. Son aquellos en los que el
colorante se encuentra encapsulado, aislado. De modo que la
coloración rinde siempre y cuando el cromóforo se mantenga
inalterado. Cualquier modificación estructural que lo exponga
conllevará una modificación en el tono o incluso la perdida total
del color. Un ejemplo serían los pigmentos rojos donde el Selenio y
el Cadmio se encuentran encapsulados.
2- Pigmentos idiocromáticos. Son aquellos donde los
cromóforos son los componentes principales. Tienen una alta
concentración de los centros de color por volumen de unidad. De modo
que aunque sean degradados o modificados siguen manteniendo una
elevada concentración y por tanto el poder colorante se mantiene. Un
ejemplo serian las espinelas.
3- Pigmentos alocromáticos. Son aquellos donde el
cromóforo aporta el color a una estructura de por sí incolora. De
modo que aunque los iones colorantes no se encuentran encapsulados,
ni son parte de la estructura, una modificación del pigmento
provocaría una cierta perdida de coloración. Un ejemplo serian las
estructuras circonato (incoloras) con cromóforos de praseodimio.
Obteniéndose un color amarillo.
Algunos ejemplos de pigmentos cerámicos con su estructura y cromóforos responsables del color puede ser:
| Azul | Amarillo | Marrón | |||
| Estructura | Cromóforo | Estructura | Cromóforo | Estructura | Cromóforo |
| Espinela | Cobalto (Co) | Circonato | Praseodimio (Pr) | Espinela | Hierro (Fe)Cromo (Cr) |
Los pigmentos sirven para colorear esmaltes que son
usados para decorar las piezas cerámicas. Por tanto, en la mayoría
de casos es necesario reducir su tamaño para adecuarlo a las
mezclas. Así pues, tal y como hemos visto en la clasificación, la
reducción en el tamaño puede ser crítica para el rendimiento de
color en función al tipo de pigmento del que se trate.
Espero que este pequeño resumen sobre los pigmentos
cerámicos os haya servido para conocer un poco más sobre nuestro
trabajo y sobre a que es debido el color que se observa en las
baldosas y revestimiento cerámico.
