Η όλο και σκοτεινότερη κληρονομιά του Van Gogh Understand article

Author(s): Andrew Brown

Μετάφραση από Χαρίλαο Μέγα (Charilaos Megas). Τα έντονα κίτρινα στους πίνακες του van Gogh μετατρέπονται σε άσχημο καφέ. Ο Andrew Brown αποκαλύπτει πώς το εξηγούν αυτό οι…

Μαζί με τις μεγάλες πινελιές του, οι επιλογές του Vincent van Gogh (1853-1890) σε έντονα και συχνά μη ρεαλιστικά χρώματα για την έκφραση διάθεσης και συναισθημάτων ήταν κεντρικές στο μοναδικό στυλ του, ένα στυλ που επηρέασε έντονα την εξέλιξη της σύγχρονης ζωγραφικής. Οι νέας γενιάς χρωστικές του 19ου αιώνα επέτρεψαν στον van Gogh να δημιουργήσει, για παράδειγμα, τα πλούσια κίτρινα που χρησιμοποίησε στα πασίγνωστα Ηλιοτρόπια. Αυτές οι εκπληκτικοί τόνοι, που υπάρχουν σε πολλά έργα του, περιείχαν μία από τις χρωστικές αυτές, το κίτρινο του χρωμίου. Δυστυχώς, περισσότερο από 100 χρόνια αφού έφυγε από το πινέλο του van Gogh, το κίτρινο του χρωμίου σε κάποιες περιπτώσεις σκοτείνιασε ορατά σε μη εντυπωσιακό καφέ, ένα φαινόμενο που πρόσφατα προκάλεσε το ενδιαφέρον μίας ομάδας ερευνητών.

Ο Van Gogh, 13 ετών. Ο Vincent van Gogh γεννήθηκε το 1853 στην πόλη Zundert, Ολλανδία. Αν και ενεργός καλλιτέχνης μόνο για 10 χρόνια, στο διάστημα αυτό δημιούργησε πάνω από 800 πίνακες και 1000 σκίτσα, εκ των οποίων πούλησε μόνο ένα όσο ήταν εν ζωή.
Η εικόνα προσφέρθηκε από the Van Gogh Museum, Amsterdam
Αυτοπροσωπογραφία με Καλυμμένο Αυτί (λεπτομέρεια). Τον Οκτώβριο 1888, τον van Gogh επισκέφτηκε στη Γαλλία, όπου έμενε, ο Γάλλος ζωγράφος Paul Gaugin. Οι σχέσεις των δύο ανδρών ήταν έντονες και μετά από μία διαμάχη με τον Gaugin την παραμονή Χριστουγέννων, ο van Gogh έκοψε μισό από το αριστερό αυτί του. ένας δείκτης της αστάθειας της πνευματικής υγείας του
Η εικόνα προσφέρθηκε από the Van Gogh Museum, Amsterdam
Ηλικιωμένος σε Θλίψη (Στο Κατώφλι της Αιωνιότητας), λεπτομέρεια. Ο Van Gogh εισήχθη εθελοντικά σε μία ψυχιατρική κλινική στο Saint-Rémy, Γαλλία. Στους 12 μήνες που παρέμεινε, παρήγαγε πολλά από τα μεγαλύτερα αριστουργήματά του. Αυτός ο πίνακας του ηλικιωμένου σε απόγνωση, που ολοκληρώθηκε την άνοιξη του 1890, δείχνει περαιτέρω την πνευματική υγεία του van Gogh
Η εικόνα προσφέρθηκε από Acacia217; πηγή εικόνας: Wikimedia Commons
Σταροχώραφο με Κοράκια. Τον Ιούλιο 1890, μόλις τρεις μήνες μετά την έξοδο από την κλινική και στο μέσο της περιόδου κατά την οποία εξελισσόταν ακόμη η καλλιτεχνική οπτική του, ο van Gogh πήγε σε ένα χωράφι με σιτάρι και αυτοπυροβολήθηκε στο στήθος. Από όλους τους πίνακές του, το Σταροχώραφο με Κοράκια είναι δέκτης πολλών σχολίων. Πολλοί θεωρούν ότι είναι το τελευταίο έργο του, ερμηνεύοντας το δραματικό ουρανό με τα κοράκια και το διακεκομμένο μονοπάτι οιωνούς του επικείμενου θανάτου του. Κάντε κλικ στην εικόνα για μεγέθυνση
Η εικόνα προσφέρθηκε από the Van Gogh Museum, Amsterdam

Μία διεθνής ομάδα που ηγείται ο Koen Janssens του πανεπιστημίου του Antwerp, Βέλγιο, πιστεύει ότι οι χημικές μεταβολές στο κίτρινο του χρωμίου (PbCrO4 · xPbO), που προκάλεσε η έκθεση σε υπεριώδες (UV) φως, ευθύνονται για τη μεταβολή του χρώματος (Monico et al., 2011). Το σκοτείνιασμα της χρωστικής στο φως είναι γνωστό από τη σύλληψή του. Μελέτες τη δεκαετία του 1950 έδειξαν ότι προκαλείται από την αναγωγή του χρωμίου από Cr(VI) σε Cr(III) (βλέπε Εικόνα 1, παρακάτω). Μέχρι τώρα, όμως, ο ακριβής μηχανισμός ήταν άγνωστος και τα προϊόντα που προέκυπταν δεν είχαν χαρακτηριστεί.

Εικόνα 1: Κατάσταση οξείδωσης. Στη χημεία, για τις αντιδράσεις που αφορούν μεταφορά ηλεκτρονίων, η οξείδωση ορίζεται ως απώλεια ηλεκτρονίων, ενώ αναγωγή ως πρόσληψη ηλεκτρονίων. Μπορούμε να περιγράψουμε αυτή τη διαδικασία οξειδοαναγωγής με βάση την κατάσταση οξείδωσης των αντιδρώντων: η οξείδωση είναι μία αντίδραση που αφορά αύξηση στην κατάσταση οξείδωσης, ενώ η αναγωγή αφορά μείωση. Για παράδειγμα, οι πιο κοινές καταστάσεις οξείδωσεις του χρωμίου είναι η III και η VI, αντιστοιχώντας στα Cr3+ και Cr6+Λέμε ότι ο Cr6+ ανάγεται όταν δέχεται τρία ηλεκτρόνια για να παράγει Cr3+ καθώς η κατάσταση οξείδωσής του πέφτει από την VI στην III
Η εικόνα προσφέρθηκε από Nicola Graf

Ιστορικοί σωλήνες χρωστικής

Για να συμπληρωθούν τα κενά αυτά, η ομάδα του Janssens ξεκίνησε τη συλλογή σωληναρίων χρωστικής που ανήκαν στο σύγχρονο του van Gogh, Φλαμανδό ζωγράφο Rik Wouters (1882-1913). Κάποια σωληνάρια περιείχαν καθαρό χρώμα κίτρινου του χρωμίου, ενώ άλλα είχαν μία ανοιχτότερη απόχρωση κίτρινου, που αποτελείτο από μίγμα κίτρινου του χρωμίου με μία λευκή χρωστική. Οι ερευνητές παλαίωσαν τεχνητά τα χρώματα με υπεριώδες φως, περιμένοντας αλλαγή χρώματος μετά από πολλούς μήνες. Προς έκπληξή τους, σε μόλις τρεις εβδομάδες, ένα λεπτό επιφανειακό στρώμα του ανοιχτού κίτρινου έγινε σοκολατί καφέ. Τα μη αναμεμιγμένα δείγματαμ συγκριτικά, άλλαξαν ελάχιστα ή καθόλου. «Εκπλαγήκαμε», λέει ο Janssens.

Έχοντας αναγνωρίσει το δείγμα που πιθανότατα υφίσταται τη θανάσιμη χημική αντίδραση, η ομάδα το υπέβαλε σε εξελιγμένες αναλύσεις με ακτίνες Χ. Ο κύριος όγκος δουλειάς έγινε στο European Synchrotron Radiation Facility (ESRF)w1 στη Γκρενόμπλ, Γαλλία, όπου χρησιμοποιήθηκαν δύο τεχνικές, οι XRF και XANES, για τον εντοπισμό με απόλυτη ευαισθησία της χωρικής κατανομής και κατάστασης οξείδωσης συγκεκριμένων στοιχείων στα δείγματα του χρώματος (βλέπε πλαίσιο).

Οι αναλύσεις αποκάλυψαν ότι η μετατροπή του λεπτού στρώματος χρωστικής σε πιο σκούρη συνδεόταν με αναγωγή του χρωμίου από το κίτρινο του χρωμίου από Cr(VI) σε Cr(III). αυτό συμφωνεί με ό,τι παρατηρούμε με τις βιομηχανικές χρωστικές με βάση το χρωμικό μόλυβδο. Επιπλέον, το προϊόν με Cr(III) που παρήχθη αναγνωρίστηκε για πρώτη φορά ως Cr2O3 · 2H2O, γνωστό ως πράσινο βιριδιέν. Αλλά πώς εξηγεί η παρουσία πράσινης χρωστικής τον καφέ χρωματισμό στις παρατηρήσεις των ερευνητών; Οι επιστήμονες υποπτεύονται ότι το αναγμένο χρώμιο στο πράσινο βιριδιέν δημιουργείται κατά την οξείδωση του λαδιού της χρωστικής. Αυτή η οξειδωμένη μορφή του λαδιού, μαζί με το πράσινο και το υπολειπόμενο κίτρινο, μπορεί να είναι ο λόγος εμφάνισης του καφέ.

Με τεχνικές ακτίνων Χ, οι ερευνητές επίσης έδειξαν ότι η αναμεμιγμένη ανοιχτόχρωμη χρωστική περιείχε θειούχες ενώσεις. Συμπέραναν ότι αυτές οι ενώσεις συμμετείχαν με κάποιο τρόπο στην αναγωγή του χρωμίου, εξηγώντας γιατί τα μη αναμεμιγμένα δείγματα σκούρυναν ελάχιστα συγκριτικά.

Ρίχνοντας ακτίνες Χ στον van Gogh

Άποψη της Αρλς με Ίριδες.
Κάντε κλικ στην εικόνα για
μεγέθυνση
Η εικόνα προσφέρθηκε από
the Van Gogh Museum,
Amsterdam

Έχοντας αποκαλύψει τη χημεία της αντίδρασης στα μεμονωμένα δείγματα, οι επιστήμονες ήθελαν να απαντήσουν αν η μετατροπή του επιφανειακού κίτρινου στρώματος σε πιο σκούρο σε δύο πίνακες του van Gogh, Άποψη της Άποψη της Αρλς με Ίριδες (1888) και Όχθη του Σηκουάνα (1887), αποδίδεται στο ίδιο φαινόμενο.

Χρησιμοποιήθηκε φασματοσκοπία XRF για τη χαρτογράφηση της χημείας της περιοχής μεταξύ του σκούρου στρώματος και του κατώτερου αναλλοίωτου κίτρινου στρώματος. Φάσματα XANES συλλέχθηκαν σε συγκεκριμένα σημεία των περιοχών. Τα αποτελέσματα έμοιαζαν με αυτά του προηγούμενου πειράματος: η αναγμένη μορφή χρωμίου, Cr(III), βρέθηκε στο σκουρόχρωμο στρώμα, υποδεικνύοντας ότι η παρουσία του εδώ ήταν υπεύθυνη για την καφέ απόχρωση. Επιπλέον, το Cr(III) δεν ήταν ομοιόμορφα κατανεμημένο, αλλά εντοπιζόταν σε σημεία που περιείχαν και θειούχες ή βαριούχες ενώσεις.

Χημικά, οι περιοχές αυτές αντιστοιχούσαν στα ανοιχτόχρωμα κίτρινα δείγματα του προηγούμενου πειράματος, στηρίζοντας περαιτέρω την άποψη των ερευνητών ότι οι θειούχες ενώσεις συμμετέχουν στην αναγωγή του χρωμίου (βλέπε αντίδραση παρακάτω). Λόγω του λευκού χρώματός τους, ο van Gogh ανέμειξε σκόνες με τέτοιες ενώσεις με το κίτρινο του χρωμίου για τους ανοιχτότερους τόνους που ήταν απαραίτητοι για τις φωτεινές σκηνές που χαρακτηρίζουν μία συγκεκριμένη περίοδο της ζωής του.

Ο ρόλος του θείου. Η ομάδα του Janssens πιστεύει ότι ιόντα σουλφιδίου (S2-) μπορεί να είναι οι χημικοί υπεύθυνοι για την αναγωγή του χρωμίου. Τα ιόντα σουλφιδίου είναι μία πλούσια σε ηλεκτρόνια μορφή θείου, που παρέχει εύκολα ηλεκτρόνια και μπορεί να ανάγει το Cr(VI) σε Cr(III) με την παραπάνω οξειδοαναγωγική αντίδραση. Το βάριο επίσης συσχετίστηκε με περιοχές με αναγμένο χρώμιο, πιθανόν επειδή ενώσεις με το στοιχείο αυτό ήταν πηγές ιόντων σουλφιδίου.

Ένα σημαντικό ερώτημα παρέμενε: πώς λειτουργεί ακριβώς ο υποτιθέμενος διακόπτης της αντίδρασης, το υπεριώδες φως; Απλά, παρέχει στα αντιδρώντα την απαραίτητη ενέργεια για να υπερπηδηθεί το ενεργειακό εμπόδιο ενεργοποίησης, επιτρέποντας την έναρξη της αντίδρασης (βλέπει Εικόνα 6, παρακάτω).

Εικόνα 6: Ηλεκτρόνια που συμμετέχουν σε οξειδοαναγωγική αντίδραση δεν μπορούν να κινηθούν αυθόρμητα από το ένα αντιδρόν στο άλλο. Το υπεριώδες φως παρέχει στα ηλεκτρόνια των ιόντων σουλφιδίου (τη μορφή θείου που θεωρείται ότι συμμετέχει στην αντίδραση) με αρκετή ενέργεια ώστε να κινηθούν αρκετά και να μεταφερθούν στο Cr(VI)
Η εικόνα προσφέρθηκε από Nicola Graf

Τι μπορεί να γίνει;

Η ομάδα του Janssens αποκάλυψε τη χημεία που βρίσκεται πίσω από το σκοτείνιασμα των πινάκων του van Gogh. Αλλά μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε τη γνώση αυτή για να διασώσουμε τα έργα του; Η Ella Hendriks του Μουσείου Van Goghw3 στο Άμστερνταμ αμφιβάλλει: «Το υπεριώδες φως…ήδη φιλτράρεται στα σύγχρονα μουσεία. Εκθέτουμε τα έργα σε ένα ελεγχόμενο περιβάλλον για να τα διατηρήσουμε στην καλύτερη δυνατή κατάσταση». Μέρος του ελεγχόμενου περιβάλλοντος είναι και η διατήρηση χαμηλής θερμοκρασίας στο μουσείο. Ως γενικός κανόνας, αύξηση κατά 10ο C αυξάνει το ρυθμό μίας αντίδρασης κατά τάξη 2-4 και η αναγωγή του χρωμίου δεν αποτελεί εξαίρεση.

Άρα αν ελέγχονται ήδη τα επίπεδα υπεριώδους και η θερμοκρασία, τι άλλο μπορεί να γίνει για τα έργα του van Gogh; Υπάρχει μία πιο γενναία εναλλακτική: αντί να επιβραδύνουμε τη διαδικασία, να προσπαθήσουμε να την αντιστρέψουμε. «Τα επόμενα πειράματά μας ήδη γίνονται», λέει ο Janssens. «Σίγουρα, θέλουμε να καταλάβουμε ποιες συνθήκες ευνοούν την αναγωγή του χρωμίου και αν υπάρχει ελπίδα αναστροφής των χρωμάτων στην αρχική τους κατάσταση στους πίνακες»w4

Αν και το να γυρίσουμε το χρόνο πίσω θα ήταν η απόλυτη λύση, ο Janssens παραδέχεται ότι η πιθανότητα αναστροφής της χρωστικής στην αρχική της κατάσταση είναι για την ώρα μάλλον μηδαμινή. Παρολαυτά, η δουλειά των επιστημόνων μας καθησυχάζει ότι κάνουμε ό,τι μπορούμε για να διατηρήσουμε τους πίνακες του van Gogh και ελπίζουμε ότι οι μελλοντικές γενιές θα μπορούν να εκτιμήσουν ό,τι κατάφερε ο μεγάλος αυτός καλλιτέχνης.

Σπουδάζοντας τέχνη με σύγχροτρο

Ο χημικός χαρακτηρισμός πολύτιμων έργων τέχνης μπορεί να είναι δύσκολος. Μπορούν να ληφθούν μόνο πολύ μικρά δείγματα για ανάλυση και αυτά συχνά αποτελούνται από διαφορετικά μίγματα πολύπλοκων ουσιών σε ετερογενείς καταστάσεις ύλης. Για να ξεπεραστούν τα εμπόδια αυτά, οι επιστήμονες βασίζονται σε τεχνικές ακτίνων Χ. Όσο πιο δυνατές και ακριβείς είναι οι ακτίνες Χ, τόσο καλύτερη η ποιότητα της ανάλυσης. Οι πιο ικανές ακτίνες Χ παράγονται σήμερα από ένα σύγχροτροw2 (βλέπε Εικόνα 2, κάτω). Στη μελέτη αυτή, χρησιμοποιήθηκαν δύο φασματοσκοπικές τεχνικές στο ESRF για τις χρωστικές: η XRF και η XANES.

Εικόνα 2: Σύγχροτρα. Υπάρχουν σήμερα 50 σύγχροτρα στον κόσμο, με το πιο δυνατό της Ευρώπης στο ESRF. Οι ακτίνες Χ που παράγονται στο ESRF είναι χίλια δισεκατομμύρια φορές (1012) πιο φωτεινές από αυτές ενός μηχανήματος ακτινογραφιών στο νοσοκομείο. Η υψηλή ένταση και μικρή διάμετρός τους (100 μm έως <1μm) επιτρέπουν τον εντοπισμό μικροσκοπικών συγκεντρώσεων στοιχείων σε υπο-μικροσκοπική ανάλυση και με το μικρότερο δείγμα. Η παραγωγή ακτίνων Χ σε ένα σύγχροτρο ξεκινάει με ηλεκτρόνια (Α), που επιταχύνονται σε κατάσταση πολύ υψηλής ενέργειας (έξι δις ηλεκτρονιοβόλτ, 6 GeV, στο ESRF) προτού αφεθούν σε έναν αποθηκευτικό δακτύλιο (Β) όπου κάνουν κύκλους σε κενό κοντά στην ταχύτητα του φωτός. Δυνατά μαγνητικά πεδία (C) κάνουν τα ηλεκτρόνια να αλλάξουν κατεύθυνση, προκαλώντας την εκπομπή ακτίνων Χ, που κατευθύνονται προς τους πειραματικούς σταθμούς (D) που περιβάλλουν τον αποθηκευτικό δακτύλιο. Κάντε κλικ στην εικόνα για μεγέθυνση
Η εικόνα προσφέρθηκε από EPSIM 3D / JF Santarelli, Synchrotron Soleil; πηγή εικόνας: Wikimedia Commons

 

XANES

Η φασματοσκοπία XANES βασίζεται στη φυσική απορρόφησης των ακτίνων Χ. Άτομα συγκεκριμένου στοιχείου απορροφούν τις ακτίνες Χ με χαρακτηριστικό τρόπο. Κοιτώντας το φάσμα απορρόφησης ακτίνων Χ, που είναι το πρότυπο απορρόφησης ακτίνων ενός δεδομένου δείγματος (άξονας Υ) ως προς το ενεργειακό εύρος των ακτίνων Χ (άξονας Χ), αναγνωρίζονται τα στοιχεία που αποτελούν το δείγμα. Τα φάσματα απορρόφησης ακτίνων Χ υψηλής ανάλυσης συλλέγονται συνήθως σε συγκεκριμένες ενεργειακές περιοχές (τις XANES) που είναι κοντά σε ένα άκρο απορρόφησης ενός υπό μελέτη στοιχείου (βλέπε Εικόνες 3, κάτω, και 4). Τόσο λεπτομερή φάσματα δείχνουν την κατάσταση οξείδωσης του υπό μελέτη στοιχείου. Αυτές οι πληροφορίες ήταν πολύ ενδιαφέρουσες για τους ερευνητές.

Εικόνα 3: απορρόφηση ακτίνων Χ (Α) Φάσμα απορρόφησης ακτίνων Χ: Ας πάρουμε ένα απλό παράδειγμα ενός στοιχείου. Αν οι ακτίνες Χ που κατευθύνονται στο δείγμα σαρωθούν από ένα εύρος ενεργειών, σε συγκεκριμένες ενέργειες οι ακτίνες θα απορροφηθούν έντονα, δημιουργώντας μία σειρά από άκρα απορρόφησης. Κάθε άκρο αντιστοιχεί στη συγκεκριμένη ενέργεια που απαιτείται για να απομακρυνθεί ένα ηλεκτρόνιο από ένα συγκεκριμένο ενεργειακό επίπεδο στα άτομα του στοιχείου (βλέπε Εικόνα 4). Έτσι, προκύπτει ένα ‘πρότυπο’ άκρων απορρόφησης που είναι συγκεκριμένο για τα άτομα του στοιχείου αυτού, ένα είδος ατομικής υπογραφής. Σε ένα δείγμα που αποτελείται από πολλά απροσδιόριστα στοιχεία, είναι εφικτή η αναγνώριση της ταυτότητάς τους παρατηρώντας το πρότυπο των άκρων απορρόφησης (το φάσμα απορρόφησης ακτίνων Χ). Το μωβ, πράσινο και κόκκινο βέλος αντιστοιχούν στην απομάκρυνση ηλεκτρονίων από το πρώτο (n=1), δεύτερο (n=2) και τρίτο (n=3) ενεργειακό επίπεδο, αντίστοιχα
Η εικόνα προσφέρθηκε από Atenderhold; πηγή εικόνας: Wikimedia Commons (Β) Ένα άκρο απορρόφησης σε λεπτομέρεια. Όταν εστιάζουμε σε ένα φαινομενικά λείο άκρο απορρόφησης, βλέπουμε ότι έχει έναν αριθμό από μικρότερες προεξοχές που αντιστοιχούν σε μικρότερες απορροφήσεις. Η περιοχή στο μεγαλύτερο άκρο (με μπλε) του άκρου απορρόφησης λέγεται Δομή Απορρόφησης Ακτίνων Χ Κοντά στο Άκρο (XANES, μπλε πλαίσιο) και αντιστοιχεί σε ηλεκτρόνια που μεταπηδούν σε ελεύθερα ενεργειακά επίπεδα κοντά σε αυτά που άφησαν. Η περιοχή XANES χρησιμοποιήθηκε από τους επιστήμονες που ανέλυσαν τα έργα του van Gogh, επειδή παρέχει πληροφορίες για την κατάσταση οξείδωσης των ατόμων σε ένα δείγμα: τα άτομα που έχουν διαφορετικές καταστάσεις οξείδωσης περιέχουν διαφορετικούς αριθμούς ηλεκτρονίων (βλέπε Εικόνα 1, επάνω). Αυτό μεταβάλλει την αξία των ενεργειακών επιπέδων, άρα και το φάσμα XANES.
Η εικόνα προσφέρθηκε από M Blank: πηγή εικόνας; Wikimedia Commons

 

Εικόνα 4: Ένας συνήθης τρόπος παρουσίασης ενός ατόμου είναι με έναν κεντρικό πυρήνα που περιβάλλεται από ηλεκτρόνια που κατέχουν διακριτά ενεργειακά επίπεδα. Οι ακτίνες Χ απομακρύνουν ηλεκτρόνια είτε στο γύρω χώρο είτε σε ένα ελεύθερο ενεργειακό επίπεδο. Κάντε κλικ στην εικόνα για μεγέθυνση
Η εικόνα προσφέρθηκε από Nicola Graf

 

XRF

Όταν απορροφούν ακτίνες Χ, τα άτομα εισέρχονται σε μία ασταθή διεγερμένη κατάσταση. Όταν επιστρέφουν, μετά, σε πιο σταθερή κατάσταση, εκπέμπουν δευτερεύουσες ακτίνες Χ με μία διαδικασία που λέγεται φθορισμός ακτίνων Χ. Το πρότυπο του φθορισμού ακτίνων Χ (XRF) που παράγει ένα δεδομένο δείγμα λέγεται φάσμα XRF και μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη χαρτογράφηση της κατανομής στοιχείων σε μία δεδομένη περιοχή. Αντίθετα, η XANES γίνεται μόνο σε μεμονωμένα σημεία του δείγματος. Συνδυάζοντας δεδομένα από XRF και XANES, οι συγγραφείς μπόρεσαν να δημιουργήσουν μία λεπτομερή εικόνα της χημείας των δειγμάτων χρωστικών.

Εικόνα 5: Φθορισμός ακτίνων Χ. Η αποβολή ενός ηλεκτρονίου μετά την απορρόφηση ακτίνων Χ αφήνει το άτομο σε ασταθή διεγερμένη κατάσταση (Α). Ο σημαντικότερος τρόπος επιστροφής του ατόμου στη σταθερή κατάσταση (Β) είναι με εκπομπή δευτερευουσών ακτίνων Χ, ή σημάτων XRF. Αυτό είναι συνέπεια των ηλεκτρονίων που γεμίζουν τα κενά που άφησε πίσω του το απομακρυσμένο ηλεκτρόνιο. Κάντε κλικ στην εικόνα για μεγέθυνση
Η εικόνα προσφέρθηκε από Nicola Graf

Επιστήμη στην τέχνη

Τι πιστεύετε εσείς και οι μαθητές σας; Θα έπρεπε η επιστήμη να εμποδίσει την καταστροφή σημαντικών έργων τέχνης ή και να τα επαναφέρει στην αρχική κατάσταση; Ή πρέπει να γίνει δεκτή η καταστροφή του χρόνου και να θεωρηθεί ακόμη και ιστορικό στοιχείο;

References

Web References

  • w1 – Το European Synchrotron Radiation Facility (ESRF) είναι ένα διεθνές ερευνητικό κέντρο για την τελευταίας τεχνολογίας επιστήμη με φωτόνια. Το ESRF είναι μέλος του EIROforum, εκδότη του Science in School. Για να μάθετε περισσότερα, επισκεφτείτε: www.esrf.eu
  • w2 – Για περισσότερες πληροφορίες του πώς χρησιμοποιείται η ακτινοβολία συγχρότρου στην έρευνα, δείτε:
  • w3 – Για να μάθετε περισσότερα για τον Vincent van Gogh και την τέχνη του, επισκεφτείτε την εκπληκτική ιστοσελίδα του Μουσείου Van Gogh: www.vangoghmuseum.nl
  • w4 – Για να ακούσετε μία συνέντευξη του Koen Janssens που μιλάει για την έρευνά του στα έργα του van Gogh, από το σταθμό BBC Radio 4, δείτε: www.bbc.co.uk/programmes/b00yjs49
  • w5 – Το CLEAPSS είναι μία βρετανική συμβουλευτική υπηρεσία που παρέχει υποστήριξη στη διδασκαλία επιστημών και τεχνολογίας, στα θέματα υγείας και ασφάλειας, εκτίμησης ρίσκου, πηγών και χρήσης χημικών και για τους ζωντανούς οργανισμούς και όργανα: www.cleapss.org.uk
    • Για πληροφορίες ασφαλείας για τη χρήση μολύβδου, χρωμίου και ενώσεών τους, δείτε τα φυλλάδια ασφαλείας μαθητών, που μπορείτε να κατεβάσετε δωρεάν εδώ: http://www.cleapss.org.uk/free-publications/general-publications

Resources

Institutions

Author(s)

Ο Andrew Brown πρόσφατα αποφοίτητσε από το Πανεπιστήμιο του Μπαθ, Ηνωμένο Βασίλειο, με πτυχίο στη μοριακή και κυτταρική βιολογία. Κατά τις σπουδές του, δούλεψε για ένα χρόνο για την αγροχημική εταιρεία Syngenta όπου εξειδικεύτηκε στην οπτική και ηλεκτρονική μικροσκοπία. Τώρα δουλεύει ως εκπαιδευόμενος για το Science in School, που βασίζεται στο Ευρωπαϊκό Εργαστήριο Μοριακής Βιολογίας στη Χαϊδελβέργη, Γερμανία.

Review

Το άρθρο συνδέει με ωραίο τρόπο την επιστήμη με την τέχνη και τις σπουδές συντήρησης έργων τέχνης. Οι εξελιγμένες τεχνικές που χρησιμοποιούν οι επιστήμονες αποκαλύπτουν χημικές μεταβολές στα χρώματα, που συμβαίνουν πολλές δεκαετίες μετά την ολοκλήρωση των έργων του van Gogh.

Το άρθρο είναι ένας χρήσιμος τρόπος επίδειξης στους μαθητές ότι πάντα υπάρχει μία επιστημονική εξήγηση γιατί τα τεχνουργήματα αλλάζουν με τον καιρό. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως διδακτικό βοήθημα σε μαθήματα χημείας για μαθητές ηλικίας 16-18. Το άρθρο επίσης μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη διδασκαλία συγκεκριμένων θεμάτων χημείας, όπως η οξείδωση και η αναγωγή.

Για να κατανοήσουν καλύτερα οι μαθητές τη χημεία πίσω από την επιστήμη, μπορείτε να ρωτήσετε τα εξής:

  1. Η δουλειά των επιστημόνων που περιγράφεται στο άρθρο δείχνει ότι τα ιόντα σουλφιδίου μπορεί να είναι το υπεύθυνο χημικό είδος που ευθύνεται για την αναγωγή του χρωμίου. Γράψτε τις αντιδράσεις για την αναγωγή του χρωμικού μολύβδου (PbCrO4) από τις ουσίες H2S και PbS που περιέχουν ιόντα σουλφιδίου. Βοήθεια: τα Cr(VI) είναι οξειδωτικοί παράγοντες.
  2. Οι επιστήμονες υποδεικνύουν ότι οι θειούχες ενώσεις στις χρωστικές του van Gogh μπορεί να είναι πηγές ιόντων σουλφιδίου. Σκεφτείτε άλλους τρόπους με τους οποίους οι πίνακες μπορεί να εκτεθούν σε ιόντα σουλφιδίου.
  3. Τα ασημικά μαυρίζουν με τον καιρό όταν είναι σε επαφή με τον αέρα. Γράψτε την αντίδραση που ευθύνεται για αυτό. Σημειώστε ότι δεν είναι μία απλή αντίδραση αντικατάστασης.

Για να δείξετε ότι ο χρωμικός μόλυβδος μαυρίζει όταν εκτίθεται σε ιόντα σουλφιδίου, μπορείτε να κάνετε το παρακάτω πείραμα στην τάξη:

  1. Φτιάξτε χρωμικό μόλυβδο σε μία κωνική φιάλη προσθέτοντας κάποιο υδατοδιαλυτό άλας μολύβδου, όπως οξικό μόλυβδο (ΙΙ), Pb(CH3COO)2,ή νιτρικό μόλυβδο (ΙΙ), Pb(NO3)2, m σε ίσο όγκο διαλύματος χρωμικού καλίου, K2CrO4. Αραιά διαλύματα (~ 0,03 Μ) αρκούν.
  2. Σχηματίζεται αμέσως ένα κίτρινο ίζημα χρωμικού μολύβδου. Φιλτράρετε το υγρό με χωνί και διηθητικό χαρτί. Σε έναν απαγωγό, στεγνώστε το ίζημα με πιστολάκι, προσέχοντας να μη στεγνώσει τελείως.
  3. Ετοιμάστε ένα αραιό υδατικό διάλυμα υδρόθειου (H2S) διαλύοντας 50 mg θειικού νατρίου (Na2S) σε 90 ml νερού. Προσθέστε το διάλυμα σε 10 ml υδροχλωρικού οξέος (HCl, 0,1 M). Ανακατέψτε το διάλυμα.
  4. Γεμίστε ένα μπαλόνι με αέρα και συνδέστε το με μικρή γυάλινη φιάλη Drechsel που περιέχει μερικά ml του αραιού διαλύματος υδρόθειου (βλέπε εικόνα παρακάτω). Στοχεύστε το ρεύμα αέρα που προκύπτει και που περιέχει αέριο υδρόθειο πάνω στην επιφάνεια του ιζήματος χρωμικού μολύβδου.
  5. Το ίζημα αμέσως θα γίνει καφέ. Προσομοιώσατε και επιταχύνατε τη διαδικασία μαυρίσματος που παρατηρείται στους πίνακες του van Gogh κατά πολλές τάξεις μεγέθους.
Κάντε κλικ στην εικόνα για μεγέθυνση
Η εικόνα προσφέρθηκε από Vladimir Petruševski

Προσοχή: Όλα τα διαλυτά άλατα μολύβδου είναι τοξικά και οι διαλυτές χρωμικές ενώσεις είναι τοξικές (πάνω από 0,003 Μ) και ύποπτες για καρκίνους. Το χρωμικό κάλιο μπορεί να ευαισθητοποιήσει και/ή να προκαλέσει φουσκάλες αν έρθει σε επαφή με το δέρμα. Υπάρχουν περιορισμένες ενδείξεις ότι ο χρωμικός μόλυβδος είναι καρκινογόνος. Μπορεί επίσης να προκαλέσει κακό σε έμβρυα, επομένως δεν πρέπει να χρησιμοποιηθεί αν η καθηγήτρια ή κάποια μαθήτρια είναι ή μπορεί να είναι έγκυος. Το υδρόθειο είναι τοξικό αέριο με δυσάρεστη μυρωδιά.

Εκτελέστε το παραπάνω πείραμα σε απαγωγό και φοράτε μάσκα ασφαλείας και γάντια. Πετάξτε όλα τα χημικά σύμφωνα με τους κανονισμούς ασφαλείας της περιοχής σας. Δείτε επίσης το γενικό σημείωμα ασφαλείας του Science in School. Μπορείτε να συμβουλευτείτε και το φύλλο ασφαλείας CLEAPSS για το χρώμιο και το μόλυβδοw5.

Vladimir Petruševski, Π.Γ.Δ.Μ.

License

CC-BY-NC-ND

Download

Download this article as a PDF