Traducido por Esther García Rodríguez
 El equipo |  Gianluca Farusi | La demanda de un enfoque interdisciplinar en la enseñanza va en aumento, pero crear lecciones que inspiren y sean factibles no es fácil. El profesor de química Gianluca Farusi explica cómo utilizó dos pinturas italianas renacentistas para explorar la química de extracción de pigmentos y la física de las ciencias forenses. |
Un enfoque interdisciplinar
| Como resultado de las diferencias – y, a veces, oposición – en la forma en que se enseñan las diferentes asignaturas, los estudiantes a menudo no perciben la relación existente entre las ciencias y las humanidades. Un útil punto de partida para enfocar ambas interdisciplinariamente es el examen de un cuadro. Nosotros estudiamos Pala di San Bernardino, de Piero della Francesca, desde diferentes puntos de vista. Enfocando el cuadro desde la perspective de las humanidades, pedimos a los estudiantes que considerasen su abundante simbolismo. Por ejemplo, el niño Jesús lleva un collar de cuentas de coral con una pequeña rama de coral descansando sobre Su pecho. Fué ésta una elección casual? Ciertamente no! El rojo del coral representa la sangre de Cristo (colocada en el pecho, donde Jesús fué lanceado en la Cruz), y simboliza la Pasión y la Resurrección. De hecho, los antiguos griegos relacionaban el coral con un hecho heroico de Perseo: cuando cortó la cabeza a Medusa, la sangre que manaba se convertía en coral al tocar el mar, y por esta razón el coral es un símbolo de renacimiento o renovación. Los estudiantes tambien podrían discutir el simbolismo de la concha, el huevo de avestruz u otras representaciones presentes en el cuadro. |  El Altar de Brera, 1472-74 (témpera sobre tabla) de Piero della Francesca (c.1419/21-92). Cortesía de la Pinacoteca de Brera, Milán, Italia / Alinari / The Bridgeman Art Library |
En lo concerniente a las matemáticas, la perspectiva y la sección áurea son sin duda los temas más importantes a discutir, pero los estudiantes tambien podrían proponerse un problema geométrico: por ejemplo, calcular el área y el volumen de la bóveda.
En lo concerniente a las ciencias de la tierra, los estudiantes trabajaron identificando la piedra representada en las paredes, comparándola con muestras de mármol, jaspe, porfirita y otros materiales expuestos en el museo local. Otras posibilidades serían investigar la gemas que llevan algunos de los personajes, o identificar las conchas y coral y estudiar su hábitat natural y ciclo de vida. Las discusiones más apropiadas dependerían del tipo de museo disponible.
La imaginación del químico es, por naturaleza, cautivada por los colores, y por ello decidimos preparar uno de los pigmentos utilizados por el pintor. Que tipo de pigmentos utilizó? Cuando un pintor o cuadro es tan famoso como Piero della Francesca y sus trabajos, se puede encontrar gran cantidad de información en Internet. La Oficina de Monumentos y Bellas Artes de Pisa, Lucca y Massa Carrara también ofreció amablemente su ayuda. Revisamos entradas y artículos técnicos especializados, y descubrimos que la tela de lino sobre las nueve tablas que sostienen el cuadro fue teñida con lago de alizarina. La alizarina se obtiene de la raiz de granza, Rubia tinctorum, una planta común europea. Y así partimos para los bosques y colinas, en busca de raíces de granza...
De granza a alizarina
 La planta de granza | La alizarina es uno de los dos pigmentos principales que se extraen de las raices de granza, siendo el otro la purpurina. Ya se utilizaba para teñir ropas en la antigua Asia y los egipcios la utilizaron en sus telas desde 1600 a.C. El primer documento que testimonia su utilización sobre papel fue mucho más tarde, en 972 d.C., cuando se utilizó como tinta en el certificado de matrimonio del emperador bizantino Teófano. Se ha utilizado en pintura desde el siglo XVI. |
La granza, común en toda Europa, es una planta serpenteante de hasta 1.5 metros de longitud. La flor es blanco-amarilla y el fruto es rosa-rojizo. El tallo soporta grupos de cinco o seis hojas, cuyas caras inferiores son pegajosas y rugosas. Las raíces son coloreadas.
La alizarina existe principalmente en las raíces carnosas en forma de su glicósido, el ácido ruberítrico. Las piezas de raíces lavadas se tratan con una solución de ácido clorhídrico para hidrolizar el ácido ruberítrico y eliminar flavonoides, que de otra manera podrían apagar la coloración del pigmento. A continuación, las raíces son secadas y tratadas con una solución de alumbre para extraer la alizarina, que forma un complejo de color rojo.
Para obtener el pigmento, se añade una solución de soda que precipita hidróxido de aluminio, el cual adsorbe la alizarina. El pigmento, una vez filtrado, lavado y secado, se puede utilizar para témpera y pintura al óleo.
Extracción de alizarina
El contenido de alizarina de las raíces depende de la estación y el tipo de suelo, aunque el contenido promedio es aproximadamente 1.9% peso/peso.
- Cubrir x g de raíz de granza seca con una solución de ácido clorhídrico (HCl) 0.27 M durante 48 h a temperatura ambiente. Pasado este tiempo, sacarlas y secarlas.
- Añadir 1.9x cm3 de solución de alumbre (KAl(SO4)2.12H2O) a una concentración de 0.021 mol/l.
Al3+(aq) + 2C14O4H8(aq) → Al(C14O4H8)23+(aq) - Hervir la mezcla durante 3 h, manteniendo el volumen constante mediante la adición de pequeñas cantidades de agua.
- Dejar enfriar la mezcla y separar las raices entre sí.
- Gota a gota, añadir a la solución 0.63x cm3 de soda (Na2CO3(aq)) a una concentración de 0.094 mol/dm-3.
2Al(C14O4H8)23+(aq) + 3Na2CO3(aq) + 3H2O(l) → 2Al(OH)3(s) + 4C14O4H8(s) + 3CO2(g) + 6Na+(aq) - Una vez precipitado el pigmento, recogerlo en un embudo Buchner, lavarlo y secarlo.
La búsqueda de imágenes ocultas en los cuadros de Pietro da Talada
| Desde la perspectiva del físico, un cuadro es una oportunidad excelente para investigar la relación entre materia y ondas electromagnéticas. La técnica de imagen multiespectral era perfecta para este caso, pero ¿dónde iba yo a encontrar el equipo necesario? ¿Y cómo llevar a cabo el estudio? ¡Una investigación con imagen multiespectral de un cuadro tan famoso como los de Piero della Francesca sería esperar demasiado! Me puse en contacto con la sucursal de Pisa del Centro de Investigación Nacional y el Dr. Vincenzo Palleschi, director del Laboratorio de Espectroscopía Láser Aplicada, aceptó con entusiasmo. Una compañera mía, Lucilla Simonini, profesora de literatura, sugirió que estudiasemos los trabajos de Pietro da Talada. Este pintor menor del siglo XV puede identificarse con el Maestro de Borsigliana y es un exponente del estilo Gótico Internacional. La mayoría de sus obras están conservadas en iglesias de Garfagnana, al norte de Toscana, pero dos están en Lucca: una en el Museo Villa Guinini y la otra en la Fundación de la Caja de Ahorros de Lucca. Me puse en contacto con Doña Filieri, directora de la Oficina de Monumentos y Bellas Artes, quien nos permitió fotografiar ambas pinturas. Las imágenes multiespectrales requieren una cámara digital con interface a un monocromador y conectada a un ordenador. El sistema recoge la intensidad de la luz como función de la posición y de la función de onda. Las imágenes se pueden recoger y analizar en anchas bandas espectrales entre las regiones del ultravioleta e infrarrojo cercano, y procesar y analizar con software especializado. Si se superponen tres imágenes acquiridas separadamente seleccionando los tres componentes primarios (rojo, verde y azul) se obtiene una imagen de tres veces mejor calidad que la de una película con exposición normal. La resolución de la imagen depende de la densidad de píxeles del sensor y de la profundidad de color del pixel (cantidad de información asociada a cada tono de color). Con una profundidad de color de 14 bits, se obtienen 16 384 tonos por cada color primario y (16 384)3 - casi 4400 billones – de colores. |  Utilizando imagen multiespectral para visualizar diferentes capas en la pintura  Visualizando trazas de una pintura anterior   Visualizando una restauración |
Si se ilumina un cuadro con luz blanca, las imágenes del azul-ultravioleta incluyen principalmente información de características superficiales, mientras que las imágenes capturadas a longitudes de onda más largas contienen información de las capas más profundas de la pintura. Por tanto, tomando imágenes utilizando diferentes longitudes de onda, esperamos descubrir pentimentos: trazas ocultas de pinturas anteriores.
La composición química de una pintura comienza a cambiar en el momento en que el pintor termina de trabajar en ella. Esto es debido a que las substancias sufren procesos oxidativos y degradativos, por lo que los colores de los pigmentos pueden cambiar o apagarse con el tiempo. Otros cambios en composición pueden deberse a restauraciones. Cuando utiliza como fuente luminosa una lámpara de mercurio que transmite a 365 nanómetros, parte de la radiación ultravioleta es absorbida y liberada con menor energía en la región visible del espectro: se ha producido el fenómeno de la fluorescencia. Con este aparato, pudimos buscar restauraciones hechas con pigmentos que diferían de los utilizados originalmente por Pietro da Talada.
Pocas veces he visto a mis estudiantes trabajar con tanto entusiasmo como cuando, comidos por la curiosidad, buscaron los pentimentos. ¡Un buen dia, el descubrimiento tan esperado se hizo realidad! Mientras analizábamos la pintura guardada en la Fundación de la Caja de Ahorros de Lucca, encontramos un pentimento: Pietro da Talada parecía haber cambiado de idea sobre la posición de un pliegue en la ropa (ver arriba). ¡Estábamos en el séptimo cielo!
El mismo dia, usando fluorescencia, descubrimos una restauración, claramente visible con diferentes tonos de rosa (ver arriba).
Era un día nevado y hacía mucho frío, pero cuando me dí cuenta de que mis estudiantes eran perfectamente conscientes de cuánta belleza hay en la ciencia, y cuánta ciencia hay en la belleza, se me calentó el corazón.
Comentario
Este artículo presenta de manera interesante las conexiones entre las humanidades y las ciencias, demostrando diferentes formas de afrontar los temas de ondas electromagnéticas y sustancias colorantes.
El protocolo para la extracción del tinte es lo suficientemente sencillo para poderse realizar en una escuela y proporciona una conexión con historia y con botánica – a la vez que una excusa para sacar a una clase de química a la caza de plantas.
La sección de física describe una forma interesante de introducir la idea del espectro electromagnético pero es probablemente más difícil de reproducir en la mayoría de las escuelas de secundaria, ya que requiere equipo especializado. Sin embargo, proporciona un interesante acercamiento a las ciencias forenses y cómo se pueden identificar los fraudes artísticos.
La mayor dificultad en reproducir la ciencia de este artículo en la mayoría de las escuelas sería el obtener acceso a la iluminación especialista y el equipo de análisis espectral así como a específicas obras de arte. Sin embargo, el artículo puede ser utilizado como una fuente de información o como un argumento específico de discusión.
Mark Robertson, UK
Gianluca Farusi enseña química en la escuela técnica (instituto técnico industrial) Galileo Galilei en Carrara, Italia. Tambien enseña estequiometría en la Universidad de Pisa, Italia.
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