Il colore nella pittura: la chimica di pigmenti e coloranti

Il colore nella pittura:la chimica di pigmenti ecolorantiDr. Costanza Miliani, CNR-ISTM Dip. di Chimica Università degli Studi di Perugia:contatto miliani@thch.unipg.it tel. 075-5855526

Argomenti delle lezioni1. Struttura stratigrafica di un dipinto2. Interazione tra luce e superficie pittorica3. Principali classi di pigmenti4. Metodi di studio dei dipinti (FT-IR, Raman)5. I processi di alterazione dei pigmenti6. Principali classi di coloranti7. Principi chimici nel restauro dei dipinti murali

1. Struttura stratigrafica di un dipinto•Schema generale•Pittura murale•Pittura su tavola e tela

Schema generaleSUPPORTO: parete, tavola lignea, tela, carta, ceramica, metalloPREPARAZIONE : di colore bianco, rende la superficie idonea a ricevere i pigmentiSTRATO PITTORICO: sospensione di pigmenti/coloranti in un mediumtrasparente (il legante)VERNICE: film trasparente con funzione protettiva ed estetica

Le principali tecniche pittoriche•Pitture murale a fresco•Pittura murale a secco•Pittura su tavola a tempera o olio•Pittura su tela a tempera o olio•Miniatura•Acquarello

Cosa caratterizza le tecniche pittoriche ?

• Pittura murale: il supporto•rupestri direttamente sulla rocciasupporto•su muro di mattoni di argilla•su muro con strato di intonaco

Pittura murale: preparazioneStrato pittorico (pochi micron)intonachinoarriccioLegante: CaCO 3Inerte: sabbia o marmo

JOURNAL OF MATERIALS SCIENCE 36 (2001) 2227 – 2236Characterization of mural paintings from CacaxtlaOsservazione al SEM (BSE)

Mappa SEM (EDX)

Pittura murale: TECNICA AD AFFRESCOCarbonatazione della calce Ca(OH) 2 +CO 2 =CaCO 3 +H 2 OCaCO 3 +T = CaO + CO 2CaO + H 2 O=Ca(OH) 2 +H 2 Ocalce viva calce spentaarrostimentospegnimento

Pittura murale: TECNICA A SECCOLegante: materiale proteicoLegante: acqua di calceIl pigmento viene steso sull`intonachino secco (carbonatato) efissato con l`ausilio di un legante (olii siccativi, proteine, acquadi calce)N.B. Acqua di calce =soluzione satura di Ca(OH) 2 (0.16% a 20C)

Pittura murale: TECNICA A SECCOOsservazione al SEM (BSE)

PITTURA SU TAVOLA/TELAvernicestrato pittoricostrato pittoricoimprimiturapreparazioneLegante: polimeri organici naturaliStrato pittorico: sospensione di pigmenti nel legante

Osservazione al SEM (BSE)

La preparazione a gesso e collaCaSO 4 2H 2 OUna descrizione dettagliata di come preparare con gesso e colla unpannello ligneo da dipingere si trova nel libro dell’arte di CenninoCennini, che vi dedica più capitoli: cap. CXVII – Come s’ingessa unaancona di gesso sottile, e a che modo si tempera, cap. CXVIII –Come si puòingessare di gesso sottile, none avendo ingessato prima di gesso grosso, cap.CXXI – Si come si de’ radere il gesso sottile su per li piani, e a che è buona ladetta raditura.La ripresa di microprofilometria laser effettuatasulla pala di Monteripido mostrauna lacuna degli stratisuperficiali di gesso sottile, dellospessore di circa 100 micron.La superficie mostra i solchiparalleli delle spatolate,mentre quella degli stratiprofondi (gesso grosso) restaliscia. Il fatto che le tracce dispatolate appaiano discontinuee non siano mai incrociate osovrapposte sembra indicareche tale trattamento non èstato realizzato in manieraomogenea su tutta lasuperficie ma, probabilmente,solo per rimuovere grumilocalizzati.

2. Interazione tra luce e superficie pittoricaI iI tI i = I r + I t + I aI r1. Riflessione2. Rifrazione3. AssorbimentoI a

Riflessione speculareSe la superficie del corpo è liscia (ad esempio uno specchio ouna superficie metallica lucidata), allora la riflessione, nel casoideale, è di tipo speculare e segue la seguente legge: "il raggioriflesso giace sul medesimo piano formato dal raggio incidentee dalla normale al piano di incidenza; l’angolo fra il raggioincidente e la normale ha la medesima ampiezza di quelloformato fra la normale e il raggio riflesso cioè: angolo diincidenza uguale ad angolo di riflessione ( α i = α r ).

Riflessione diffusaSe la superficie del corpo è scabra (ad esempio un foglio bianco ola superficie intonacata), allora la luce viene riflessa in mododiffuso e, nel caso ideale, segue la legge di Lambert: "la luce vieneriflessa in tutte le direzioni con intensità che decresce secondo ilcoseno a partire dalla normale e indipendente dall’angolo diincidenza del raggio incidente” I(α)=I(0)cos(α)La riflessione diffusa viene spesso indicata semplicemente con iltermine di diffusione.

RifrazioneIl raggio incidente, il raggio trasmesso e quello normale al piano diincidenza giacciono sul medesimo piano. Inoltre vale la seguenterelazione (Legge di Snell) tra l`angolo di incidenza αi e l`angolo dirifrazione αr: sen(αi)/ sen(αr) = n n = indice di rifrazione rel.sen(α 2 )/ sen(α 1 ) = n 1 /n 2

sen(α 2 )/ sen(α 1 ) = n 1 /n 2Nella pellicola pittorica l`angolo di rifrazione e` tanto piu` elevatoquanto maggiore e` la differenza tra n del legante e n delpigmento. Un angolo di rifrazione elevato determina un elevatopotere coprente del film pittorico.1. Pigmenti con n elevato hanno elevato potere coprente2. I leganti con n elevato rendono le pellicola pittorica trasparenteN.B. L`olio di lino e` il legante con n piu` elevato (n = 1.48)

Potere coprente e indice di rifrazioneNB tra i pigmenti bianchi il biossido di titanio e` quello amaggiore potere coprente.

3. I pigmenti• Le proprietà• La classificazione per gruppi funzionali• La classificazione per cromia• I pigmenti principali usati nell’arte• Le alterazioni

Le proprietà dei pigmenti• Insolubilità nel legante• Stabilità chimica• Stabilità fotochimica• Inerzia nei confronti di sostanze con cui devono essere mescolati

La classificazione per gruppo funzionaleI pigmenti inorganici sono composti naturali minerali o di sintesicontenenti uno o più atomi di metallo (M).OSSIDI = M 2 O, MO, M 2 O 3CARBONATI = MCO 3SOLFATI = MSO 4SOLFURI = MS, M 2 S 3CROMATI = MCrO 4SILICATI = M n [SiO 4 ] x

La classificazione per cromia

BLU: azzurrite 2CuCO 3.Cu(OH) 2S. Girolamo, B. Gozzoli, Montefalco (PG)Carbonato basico di rameE` di origine minerale e naturale.E` usato fino al XVII sec.E` usato a tempera e nella pittura murale a seccoE` poco stabile

Esempi di azzurrite nella pittura murale a seccoPerugino, Madonna di Santa AgnesePerugino, Adorazione dei Magi Trevi

BLU: lapislazzuli 3Na 2 OAl 2 O 3 6SiO 2 2NaSPerugino, Montefalco PGMichelangelo, Cappella SistinaSilicato di sodio e alluminio contenente solfuroE` di origine minerale e naturale.E` usato fino al XVIII sec.E` usato a tempera e nella pittura murale a frescoE` stabile

BLU: smaltinoPerugino, Montefalco PGVetro potassico contenente cobaltoE` di origine artificiale.E` usato soprattutto nel XVII e XVIII.E` usato in tutte le tecnicheE` molto stabile ma catalizza i processi di degradodei leganti.

BLU: blu egizio CaOCuO4SiO 2Vetro potassico contenente rameE` di origine artificiale.E` usato soprattutto nel periodo egizio.E` usato in tutte le tecnicheE` molto stabile

BLU: blu di prussia Fe 4 [Fe(CN) 6 ] 3Verga, Perugia 1858Ferrocianuro ferricoE` di origine artificialeE` usato a partire dalla fine del XVIII sec.E` usato in tutte le tecnicheE` non e` stabile ad affresco

ROSSI: ematite Fe 2O 3Pitture rupestriGraffiti arte modernaB. Gozzoli S.Girolamo,Montefalco PGL`ossido ferrico varia il suo colore a secondadel grado di idratazione.E` di origine minerale e naturale.E` usato fin dall`antichita`E` usato in tutte le tecnicheE` stabileOcra rossa, Terra di Siena, Rosso Sinopia ..

ROSSI: minio Pb 3 O 4Pala di Altare di Nicolo` Liberatore detto AlunnoL`ossido misto di piomboE` di origine minerale e naturale.E` usato fin dall`antichita`E` usato in prevalenza nelle tecniche atempera e olioTende a trasformarsi in PbO 2 , marrone

ROSSI: cinabro HgSpittura muraledel periodo romanoSolfuro di mercurioE` di origine minerale e naturale.E` usato fin dall`antichita`E` usato in tutte le tecnicheE` stabile, solo usato con tempera puo`scurire alla luce

ROSSI: rosso di cadmio CdSSolfuro di cadmioE` di origine artificialeE` usato nel restauro e nell’arte modernaE` stabile, e’ molto fluorescente

GIALLI: giallo Napoli Pb 3 (SbO 4 ) 2Antimoniato di PiomboE` di origine artificialeE` usato per i vetri fin dai tempi dei BabilonesiE` usato principalmente nei vetri, in ceramica enelle tecniche ad olio.E` molto stabile

GIALLI: giallo di stagno Pb 2 SnO 4Perugino, Montefalco PGStannato di PiomboE` di origine artificialeE` usato per i vetri fin dai tempi dei BabilonesiE` usato principalmente nei vetri, in ceramica enelle tecniche ad olio.E` molto stabile

GIALLI: Massicot PbOMonossido di Piombo (Litargirio)E` di origine naturaleE` usato per i vetri fin dai tempi dei BabilonesiE` usato principalmente nei vetri, in ceramica enelle tecniche ad olio.E` mediamente stabile

GIALLI: orpimento As 2 S 3Trisolfuro di arsenicoE` naturale minerale o artificiale dopo il XVIIIE` usato per tempera principalmente miniatureE` incompatibile con pigmenti a base di rame epiombo

Verdi: malachite CuCO 3 Cu(OH) 2Perugino, Montefalco PGCarbonato di rameE` naturale mineraleUsato fino al XIXE` usato per tutte le tecniche, a secco su pitturamuraleE` stabile ma solubile in ambiente acido/basico

Verdi: terra verde FeOPerugino, Montefalco PGSilico alluminati contenenti ossido ferrosoE` naturale mineraleUsato dall`antichita`fino al XIXE` usato soprattutto per le tecniche ad affresco,sottofondo per gli incarnati (verdaccio)E` molto stabile

Esempio dell’utilizzo della terra verde come verdaccioFeO

Verdi: resinato di ramePellicola pittorica: resinatoImprimitura: biacca e giallolinoPreparazione: gesso e collaResina naturale contenente rameE` di sintesiUsato fino dal VIII fino alla meta` del XVIE` usato per le tecniche su tela e tavolaE` instabile e tende a scurirsi perfotodecomposizione

Verdi: verdigrisCu(CH 3 -COO) 2 2Cu(OH)2Acetato di rameE` di sintesiUsato fino da epoca Romana fino al XIX sec.E` usato per le tecniche a olioE` stabile alla luce ma si altera con pigmenti abase di zolfo.

Alterazione dei pigmenti a base di rame1. Alterazione della azzurrite a malachite2. Annerimento del resinato di rame3. Annerimento della malachite

BIANCHI: biacca 2PbCO 3 Pb(OH) 2Carbonato basico di piomboE` di origine artificiale.E` usato fino al XIX sec.E` usato a tempera ed olioE` poco stabile ad affrescoGiotto, Assisi PGAlterazione della biacca a PbO 2

BIANCHI: bianco S.Giovanni CaCO 3pittura etrusca arcaicaCarbonato di calcioE` di origine minerale naturale/artificiale.E` noto fin dall`antichita`.E` usato nella pittura a frescoE` stabile in affresco

BIANCHI: bianco di Zinco ZnOPiero della Francesca, Leggenda della Vera Croce, ArezzoMonossido di zincoE` di origine artificialeE` usato per la pittura moderna e nel restauroE` molto fluorescente

BIANCHI: bianco di titanio TiO 2Keith HaringBiossido di titanioE` di origine artificialeE` usato per la pittura moderna e nel restauroE` un forte fotoossidante

tavola sinottica dell’uso dei pigmentipreistoria civiltà antiche V-XV XV-XVI XVII XVIII XIXXXBluindacoblu egiziolapisazzurritesmaltoblu diPrussiablu di Cooltremare a.preistoria civiltà antiche V-XV XV-XVI XVII XVIII XIXXXRossiterrecinabrominiorosso Cd