Il ruolo della chimica nel restauro

Nozioni di base di chimica organica

Chimica del Restauro - AA. 2007

G. Tringali

Definizioni

• La chimica è quella scienza che studia le proprietà e la natura delle sostanze che costituiscono la materia

• Per fenomeno chimico si intende quella trasformazione della materia i cui effetti permangono anche quando cessano le cause che l'hanno originato

• Ogni Scienza si avvale di una terminologia appropriata, rigorosa e precisa.

• L'oggetto della chimica è la materia e, quindi, l'arte figurativa che si avvale di materiali da plasmare, è permeata da realtà e problematiche che riguardano la chimica.

• La Chimica segue il manufatto dalla creazione, durante la sua vita fino al degrado.

• Sebbene il significato e l'importanza di un manufatto non risiedano nei materiali che lo costituiscono, è necessario comprendere che da questi dipende il suo permanere nel tempo.

• Tale consapevolezza è necessaria sia nell'ambito della fruizione del bene che nell'ambito della conservazione e del restauro.

• La Chimica permette di indagare a fondo le caratteristiche della materia e i processi degradativi che la riguardano, con lo scopo di arrestarli o rallentarli per prolungare l'esistenza delle opere e tramandarle alle culture che seguiranno.

• A differenza degli esseri viventi che possono reagire e adattarsi alle mutate condizioni fisiche, gli oggetti materiali possono solo subire le modifiche e le aggressioni dell'ambiente.

• La consapevolezza che il bene culturale fosse non solo un oggetto da “fruire” ma anche da salvaguardare risale agli anni sessanta, anche se inizialmente si è passati da un eccesso di trascuratezza a un eccesso di “scientificità”, trasformando il restauro in una semplice e fredda operazione scientifica.

• Il restauratore deve rappresentare sia l'esigenza tecnico-materica che quella espressivo-artistica, utilizzando la prima in funzione della seconda.

• Per tale motivo, il restauratore moderno deve possedere un bagaglio scientifico abbastanza approfondito, senza arrivare ad una conoscenza di tipo “professionale”, al fine di attuare l'intervento nella maniera più congrua, nel rispetto del significato e per la salvaguardia del manufatto.

I gruppi funzionali e i principali composti organici

• I legami del carbonio:

• I composti organici più semplici sono costituiti da carbonio e idrogeno: gli idrocarburi. Possono essere:

• alifatici, a catena lineare o ramificata, saturi e insaturi (paraffine, olefine, acetilenici)

• aliciclici, saturi e insaturi

• aromatici

Si chiama tautomeria quel fenomeno in cui si hanno due strutture in equilibrio tra loro, che differiscono nella disposizione degli atomi, in genere per il punto di attacco di un idrogeno.Non bisogna confondere la tautomeria con la risonanza (o mesomeria), dove le strutture differiscono per la disposizione degli elettroni. Occorre inoltre ricordare che nella risonanza, le strutture limite non esistono come entità reali, mentre le forme tautomere esistono entrambe e sono in equilibrio fra loro.

Isomeria

• A differenza dei composti inorganici, ad una formula chimica può corrispondere più di un composto: per individuare quindi tali specie è necessario conoscerne la formula di struttura, ovvero la disposizione reciproca degli atomi nello spazio.

I gruppi funzionali

• Alogeno derivati: sono sostanze abbastanza reattive per cui si utilizzano per la preparazione di molti altri composti organici. Alcuni sono tossici, lacrimogeni mentre altri hanno proprietà insetticide e fungicide. Molti sono importanti solventi (CHCl3, CCl4)

• Alcoli: hanno proprietà che dipendono dalla lunghezza della catena di atomi di carbonio e dal numero di funzioni ossidriliche. I più leggeri sono solubili in acqua in tutti i rapporti. I più pesanti sono liquidi oleosi.

• Eteri: sono solventi per molte sostanze (etere etilico), hanno scarsa reattività e possono essere usati come solventi per molte reazioni da condurre in soluzione. Sono poco solubili in acqua ma miscibili con molti solventi organici.

• Aldeidi e chetoni: solo la formaldeide è gassosa. Quelli a basso numero di atomi di carbonio sono solubili in acqua. I chetoni liquidi sono solventi di uso generalizzato (acetone). Hanno odore caratteristico e molto pungente (formaldeide)

• Acidi carbossilici: quelli più piccoli dove predomina il gruppo -OH sono solubili in acqua e hanno forza media. Con l'aumentare del peso molecolare diminuiscono le proprietà acide e la solubilità e aumentano punti di fusione ed ebollizione. Quelli a lunga catena (palmitico, oleico, stearico) hanno aspetto simile alle paraffine e sono detti acidi grassi. Vengono impiegati nella preparazione di molti derivati tra cui gli esteri.

• Esteri: sono composti reattivi, per idrolisi sommano acqua e liberano l'acido e l'alcool. Sono molto diffusi in natura: alcune essenze di fiori o di frutta sono esteri. Esteri naturali importanti sono i grassi, gli oli e le cere.

• Ammine: una delle più importanti proprietà chimiche è la loro basicità. Ai fini industriali le più importanti sono quelle aromatiche di cui il termine più semplice è l'anilina

• I composti eterociclici: sono costituiti da un anello in cui compare almeno un atomo diverso dal carbonio. I termini più semplici sono il pirrolo, il furano, il tiofene e la piridina, usata come solvente nel restauro.

Le macromolecole

• Le sostanze organiche in particolari condizioni possono dar luogo ad una reazione chimica che difficilmente si verifica tra molecole inorganiche: la polimerizzazione.

• Tale processo modifica notevolmente le proprietà chimico-fisiche dei monomeri fino al punto per cui ci sono più somiglianze tra polimeri diversi che tra il monomero e il suo polimero

Tipi di sintesi• Trasformazione di polimeri naturali in

polimeri di sintesi tramite clorurazione, acetilazione, nitrazione ecc.

• Polimerizzazione per condensazione o policondensazione di uno o più monomeri:

• Viene detta polimerizzazione per addizione la polimerizzazione in cui tutta la molecola di monomero diventa parte del polimero.

• Polimeri a struttura lineare: resine termoplastiche (possono essere fuse reversibilmente, sono solubili in alcuni solventi organici, possono essere elastiche, plastiche, ecc.)

• Polimeria struttura reticolata: resine termoindurenti

• In relazione alla sequenza di monomeri che li costituiscono, i polimeri possono essere distinti in omopolimeri, e copolimeri per ottenere i quali si fanno reagire monomeri differenti.

Proprietà chimiche• I polimeri hanno generalmente una

elevata inerzia chimica, dovuta anche alle loro notevoli dimensioni che rendono “paragonabili” i polimeri tra di loro piuttosto che con i monomeri da cui derivano.

• Si definisce coesione l'insieme delle forze attrattive intermolecolari tra molecole della stessa specie che tengono unite le molecole di una sostanza.

• A causa delle forze di coesione, il polimero tenderebbe a diminuire la sua superficie specifica, tendendo ad ammassarsi sotto forma di goccioline sul supporto.

• Per adesione si indica invece l'insieme di forze che uniscono le molecole di un materiale a quelle di un altro.

• Affinché su una superficie si formi un film coerente, è necessario che si realizzi un equilibrio tra i valori della coesione e quelli dell'adesione.

• I polimeri presentano notevoli proprietà filmogene in quanto le loro elevate dimensioni molecolari consentono il permanere di numerosi legami intermolecolari che rendono il film stabile e coerente.

• In genere i polimeri non presentano punto di fusione ma un intervallo di temperatura di rammollimento dovuto alla coesistenza di zone cristalline e amorfe. Maggiore è la cristallinità minore è l'intervallo di rammollimento.

• L'elasticità è la proprietà per cui un materiale se sottoposto ad azione meccanica subisce una deformazione reversibile.

• La plasticità è la proprietà per cui un materiale se sottoposto ad azione meccanica subisce una deformazione permanente.

• In base al tipo di deformazione subita, i polimeri si dividono in elastomeri o plastomeri.

• Gli elastomeri sono formati da lunghe catene lineari debolmente legate lateralmente e a bassa simmetria molecolare mentre i plastomeri sono tali per cui le modifiche dovute all'applicazione di una sollecitazione risultano permanenti. La plasticità aumenta con l'aumentare della temperatura.