Chimica del Restauro - AA. 2008 I pigmenti G. Tringali

L'impiego dei materiali e delle sostanze colorate risponde all'esigenza manifestata sin dai tempi antichi di rappresentare in modo più compiuto la realtà nell'ottica dell'arricchimento delle immagini. Ogni civiltà si è cimentata con l'uso e la ricerca di sostanze coloranti, sia esse naturali che di semplice sintesi. La stessa disponibilità di sostanze colorate di per sé è la condizione affinché esistano le tecniche pittoriche.

I dipinti hanno solitamente una struttura a strati di cui almeno uno è una stesura pittorica Lo strato pittorico ha lo spessore dell'ordine di alcune decine di micron ed è composto da sostanze colorate disperse in un medium trasparente, che serve a legarle alla superficie del supporto, distribuirle uniformemente. Questi sono i pigmenti

I pigmenti sono costituiti da polveri fini, colorate, insolubili nel veicolo disperdente col quale formano un impasto più o meno denso che presenta proprietà coprenti. I coloranti sono invece sostanze trasparenti, solubili, che danno il proprio colore ad un mezzo trasparente per inclusione, soluzione o formazione di legami chimici stabili con esse. Per essere utilizzati in pittura, i coloranti devono essere convertiti in pigmenti, facendoli per esempio adsorbire su gel o sostanze incolori inerti.

I pigmenti hanno colore e corpo mentre i coloranti hanno solo colore. Se il materiale di supporto al colorante, che gli conferisce “corpo”, è un gel traslucido il pigmento che si ottiene si chiama lacca. I coloranti trovano impiego anche nella tintura delle fibre tessili, trasferendo così alla fibra le proprie caratteristiche fisiche (il colore).

La luce è una radiazione elettromagnetica di cui è possibile definire alcune grandezze caratterizzanti: la frequenza (υ) numero di onde in un secondo e la lunghezza d'onda (λ), correlate dalla relazione υλ = C L'ampiezza (A) é la distanza tra il massimo dell'onda e la direzione di propagazione

La luce visibile occupa una piccola porzione della zona centrale dello spettro elettromagnetico. In questa zona le frequenze si misurano usualmente in nanometri (nm)

Il termine colore esprime una sensazione fisiologica, soggettiva, derivante dall'occhio umano che è sensibile alle radiazioni elettromagnetiche tra circa 400 e circa 700 nm. Questa sensazione dipende da tre fattori: la sorgente di illuminazione, la sensibilità dell'occhio e le interazioni tra luce e materia.

Le sorgenti Possono essere suddivise in dirette o indirette. Quelle indirette possono essere a spettro continuo o a spettro discontinuo: emettono cioè con maggiore intensità solo alcune radiazioni visibili. Le principali sorgenti a spettro continuo sono la luce solare, le lampade ad incandescenza e le lampade alogene Le principali sorgenti a spettro discontinuo sono le lampade a mercurio e a neon.

La sensibilità dell'occhio Non è costante alle varie lunghezze d'onda e varia da individuo a individuo L'occhio è sensibile soprattutto alle radiazioni collocate a circa 550 nm, zona del giallo Il colore in quanto tale non è una proprietà della luce: l'occhio registra gli stimoli provocati dalle diverse radiazioni visibili a cui corrispondono differenti sensazioni fisiologiche chiamate colori. L'occhio può registrare anche sovrapposizioni dei diversi intervalli di luce, recepite come tonalità cromatiche.

È possibile ottenere tutte le differenti tonalità miscelando i tre colori detti fondamentali: il blu, il verde e il rosso La sintesi additiva dei tre colori fondamentali determina una sensazione cromatica di saturazione chiamata bianco mentre l'assenza dei tre suddetti colori determina la sensazione definita nero.

Le mescolanze dei colori fondamentali in intensità analoghe ma a livelli diversi (né massimo né minimo) danno luogo alla scala dei grigi mentre dalla mescolanza con uguali o differenti intensità genera una gamma notevole di sfumature cromatiche che l'occhio riesce a discriminare In pratica si ha a che fare con sostanze che, investite da luce bianca, riflettono solo parte delle radiazioni di cui questa è composta, apparendo colorate

Interazioni tra luce e materia Un fascio di luce che investe la superficie di un corpo può essere respinto o penetrare all'interno. Per la radiazione riflessa possono verificarsi due casi: riflessione speculare e riflessione diffusa

La riflessione speculare si verifica quando la superficie ha irregolarità di dimensioni più piccole rispetto alle lunghezze d'onda del fascio incidente: la radiazione viene respinta con un angolo uguale a quello di incidenza Se la superficie presenta asperità dello stesso ordine di grandezza delle lunghezze d'onda del raggio incidente, questo viene riflesso in numerose direzioni dello spazio: il raggio viene diffuso

Quando la luce penetra in corpi trasparenti viene deviata con un angolo che dipende dalla sua lunghezza d'onda: colori diversi verranno deviati con angoli differenti. Per ogni lunghezza d'onda si può definire un valore chiamato indice di rifrazione espresso come

L'indice di rifrazione si può esprimere anche in funzione della velocità della luce attraverso il primo e il secondo mezzo, n = VA/VM Inoltre, ogni sostanza in base alla propria costituzione chimica può assorbire in quantità diversa le radiazioni elettromagnetiche alle varie lunghezze d'onda in base al proprio coefficiente di assorbimento. Nei liquidi vale la legge di Lambert & Beer

ελ è il coefficiente di estinzione molare e c è la concentrazione molare della soluzione. ελ è considerata costante per una data sostanza ad una data lunghezza d'onda. La sua costanza è garantita solo per basse concentrazioni, al di sopra delle quali la linearità tra assorbanza e concentrazione può essere inficiata da fenomeni chimico-fisici, come la precipitazione della specie chimica colorata.

Nei solidi vale lo stesso criterio anche se complicato dalla geometria superficiale e dai fenomeni di riflessione. Le radiazioni dello spettro visibile hanno energia sufficiente ad eccitare alcuni elettroni di legame detti elettroni mobili, presenti sulle sostanze che appaiono colorate. Quando queste sono investite da luce bianca possono risultare selettivamente assorbite alcune frequenze tali per cui la luce riflessa non stimola più la sensazione del bianco ma quella di altri colori.

Luce e film pittorico I fenomeni che riguardano la luce possono verificarsi contemporaneamente per tutti i costituenti del film pittorico. Gli strati pittorici sono composti da materiali colorati in forma di polvere fine (pigmenti) dispersi in un legante trasparente (medium) il tutto applicato come strati sottili sopra un fondo (preparazione) bianco o colorato.

Tra i vari materiali,quello che determina maggiormente il colore è il pigmento. Vernice e medium sono di solito trasparenti o quasi incolore. Riflessione e rifrazione della luce producono il potere coprente del film pittorico.

La diffusione della luce dipende dalla granulazione del pigmento: più è macinato maggiore é la diffusione. Più il pigmento è fine, maggiore è il potere coprente del film pittorico sulla preparazione. In generale, il potere coprente di un pigmento dipende da: indice di rifrazione, dimensione delle sue particelle, tonalità del suo colore.

Solitamente, le preparazioni sono di colore bianco ma talvolta al disopra veniva steso uno strato pittorico colorato per ottenere preparazioni colorate (imprimiture) al fine di conferire intonazioni particolari sfruttando l'assorbimento selettivo del sottofondo. Lo strato di vernice oltre ad avere funzione di protezione del dipinto, serve a diminuire o eliminare la diffusione biancastra e di far apprezzare meglio il colore di ogni pigmento

Composizione e scomposizione dei colori La composizione e la scomposizione dei colori sono regolate da due diversi principi: la sintesi additiva e la sintesi sottrattiva. La prima si riferisce al colore sotto forma di luce, la seconda al colore come pigmento. La luce bianca contiene al suo interno tutti gli altri colori. I colori primari però, sono tre: rosso, verde e blu, indicati con le iniziali dei loro nomi inglesi (R – Red, G – Green, B – Blue).

Il termine primari indica che i tre colori sommati in uguali proporzioni generano una luce bianca, mentre se sono miscelati tra loro a due a due creano altri colori, detti secondari. Ogni colore primario ha un complementare, dato dalla somma degli altri due primari.

La sintesi additiva dei colori è quella usata dall'occhio umano e da molti dispositivi che l'occhio umano imitano, come le fotocamere digitali, le telecamere e i monitor, che sintetizzano i colori affiancando punti colorati diversamente. In pratica un'immagine è scomposta in tanti punti (pixel) alternativamente rossi, verdi, blu. Si ha sintesi additiva anche quando si sovrappongono le luci provenienti da diversi fari, come avviene a teatro. Storicamente il primo dispositivo per la sintesi additiva è stato il disco di Newton, sul quale sono disegnati molti settori circolari di colori vari. Facendo ruotare il disco i colori vengono mescolati e si ottiene un colore misto che è un bianco.

I colori fondamentali per la sintesi additiva sono il rosso, il verde, il blu (in inglese Red-Green-Blue: RGB). I colori misti sono visti come somma delle loro componenti RGB. La sintesi sottrattiva tra i colori ha natura diversa e in certa misura opposta a quella additiva. I tre colori fondamentali in sottrattivo sono i complementari dei tre colori fondamentali della sintesi additiva: il giallo complementare del blu, il magenta complementare del verde, l'azzurro-ciano complementare del rosso. In inglese Yellow, Magenta, Cyan spesso sintetizzati dalla sigla YMC.

L'esempio più semplice di sintesi sottrattiva si ha sovrapponendo più filtri colorati: il colore che giunge al nostro occhio è quello che riesce a passare per tutti i filtri; ogni filtro sottrae una parte della luce che lo attraversa e questo giustifica il termine sottrattivo. Pittori e disegnatori per miscelare i colori stendono con pennelli (o matite) strati di colore sovrapposti sulla tela (o la carta) e quindi di fatto realizzano una serie di filtri colorati. Si tratta quindi di una sintesi sottrattiva. Altro esempio di sintesi sottrattiva è quella utilizzata dalle pellicole foto e cinematografiche a colori: la pellicola è in effetti ricoperta di tre strati sovrapposti uno giallo, uno magenta, uno ciano.

Nella pratica però si hanno delle approssimazioni: la somma di un colore col suo complementare non da il nero ma spesso un grigio. Nel caso della somma di blu e giallo la somma è il VERDE I due pigmenti infatti non assorbono completamente le radiazioni corrispondenti al verde che viene così riflesso da entrambi e produce la miscela di colore appunto verde.

Proprietà chimiche I pigmenti possono essere organici o inorganici. Quelli organici sono rare eccezioni: solitamente sono coloranti organici fissati su un supporto semitrasparente inorganico (ossido idrato di alluminio). Possono essere di origine animale o vegetale. I pigmenti inorganici sono ossidi, solfuri, carbonati, solfati di vari metalli. Hanno struttura cristallina.

I pigmenti che contengono sostanze organiche sono meno stabili rispetto alla luce che tende a scolorirli. Gli inorganici anche se meno sensibili alla luce possono essere anche alterati o degradati. In generale, l'azione della luce è tanto più marcata quanto maggiore è l'energia delle radiazioni che la costituiscono: sono più pericolose le radiazioni ultraviolette.

L'azione dell'aria si esplica tramite l'ossigeno che può causare variazioni di colore. L'aria però contiene anche alcune “impurezze” a cui alcuni pigmenti possono risultare sensibili (SO2, SO3, H2S) L'umidità non è un agente aggressivo ma esalta l'azione degli altri agenti, sia perché porta le sostanze in soluzione sia dando luogo a idrolisi. Il legante pittorico avvolgendo le particelle di pigmento svolge un'azione protettiva.

Alcuni pigmenti possono interagire tra loro, sia al momento delle mescolanze che in seguito, nel caso in cui il legante non sia sufficientemente protettivo: quelli contenenti solfuri reagiscono con quelli contenenti piombo e rame; i cromati possono ossidare vari pigmenti organici causandone la perdita di colore. Alcuni pigmenti sono quasi incompatibili con un certo legante: ciò ha consolidato l'uso di un determinato pigmento per una determinata tecnica pittorica.

Classi di pigmenti vedi Matteini