Metodi di indagine scientifica nei beni culturali

TERMOLUMINESCENZA

La datazione con la termoluminescenza è un tipo di datazione radiometrica, applicata alle ceramiche. Materiale databile: la termoluminescenza data tutto ciò che contiene dell'argilla o della terra in genere ed è stato cotto a temperature superiori a circa 500 °C (ceramiche, mattoni e laterizi, pietre da focolare, selci riscaldate, argilla inclusa o a contatto con la lava vulcanica, terra di fusione - argilla usata per riempire le parti cave delle statue di bronzo - antiche fornaci metallurgiche). Anno datato: la termoluminescenza data l'anno dell'ultima cottura, l'età si riferisce ad un particolare momento della vita dell'oggetto, non della sua creazione. Si ricorda che lo zero temporale si riferisce all'ultima volta che l'oggetto è stato riscaldato (es. per una fornace non si data dall'anno della sua fabbricazione, ma all'ultima volta che è stata usata. L'accuratezza del

Il metodo della termoluminescenza è compresa tra +7% e +10% dell'età, riducibile in casi particolari a +4%. Periodo di applicabilità: fino a 500.000 anni prima. Costi approssimativi: autenticazione €250, datazione €1000.

La termoluminescenza è la tecnica che misura le cariche intrappolate.

Datazione: termoluminescenza

Il terreno e in generale ciò che ci circonda contiene elementi chimici radioattivi, in Italia in 1 anno un reperto viene colpito da una dose di radioattività compreso tra 0,005-0,008 *Gy.

Processo:

1. Il materiale (es. argilla) si deposita su alcuni terreni nel corso dei secoli
2. Il materiale viene raccolto e modellato dagli uomini
3. Una volta fabbricato, il vaso viene cotto (circa 800°). In questa fase tutte le cariche elettriche intrappolate nei difetti del materiale vengono liberate a causa del calore intenso, il campione viene "azzerato".
4. A partire da questo momento, la radioattività ambientale

produce cariche elettriche libere che possono venire intrappolate nei difetti.

In laboratorio si misura la termoluminescenza. La quantità di luce emessa è proporzionale al numero di cariche elettriche intrappolate e quindi all'età dell'oggetto.

Che cos'è il Gray (Gy)

Il Gray è equivalente all'assorbimento di 1 joule (J) di energia per chilogrammo (kg) di materiale irradiato.

Datazione per mezzo della termoluminescenza

Si analizza la luce nel visibile emessa da un materiale quando viene scaldato dopo essere stato sottoposto a radiazione ionizzante (radioattività).

L'età del reperto è uguale alla paleodose:dose annua, la paleodose è la dose di radioattività acquisita dall'ultima cottura mentre la dose annua è la dose di radioattività acquisita in media in un anno.

Per datare un reperto è necessario applicare la stessa operazione paleodose:dose annua anche nel terreno.

dove è stato trovato il reperto, poiché la dose di radioattività proviene sia dall'oggetto stesso che dal terreno, è difficile dire quante radiazioni colpiscono il terreno perché con il tempo cambiano le concentrazioni di radiazione.

Per effettuare un'autenticazione basta un piccolo campione, solo 100mg, invece per la datazione anche più di 1gr.

Che cos'è la Paleodose?

La paleodose è la dose di radioattività acquisita dall'ultima cottura, essa si ricava grazie alle misure di termoluminescenza susseguenti a diversi irraggiamenti artificiali.

Parte di chimica

I vetri

La prima categoria di materiale che affronteremo è quella dei vetri. Ripercorrendo quella che è stata la storia del vetro, i primi oggetti in vetro sono stati rinvenuti in Mesopotamia ed Egitto, risalgono all'incirca al III millennio a.C (faiance ossia pasta vitrea e invetriature), nel II millennio a.C compaiono i primi oggetti.

cavi e dal I secolo a.C. la soffiatura (da materiale d'élite a uso comune) quindi a questo punto il vetro diventa un materiale che viene prodotto e lavorato con grande facilità trasformandosi ad oggetto di uso comune. Ad oggi il vetro gode di tanti campi d'applicazione essendo un materiale molto versatile, può essere trasparente o opaco, incolore o colorato, solubile in acqua o molto resistente, conduttore elettrico o isolante, flessibile o rigido, può essere tagliato, lavorato e trasformato. Nel corso della sua storia millenaria, la tecnologia del vetro si è evoluta principalmente per via empirica, mettendo insieme le testimonianze dei ricettari e delle indagini scientifiche si è riusciti a ricostruire l'evoluzione della tecnologia vetraria. Definizione di vetro: Chiamiamo vetro un solido che presenta particolari proprietà a livello macroscopico e microscopico. Aspetti macroscopici Da un punto di vista macroscopico, i vetri non

“fondono” ma passano dalla stato solido a quello liquido diminuendo progressivamente la loro viscosità.

Caratteristiche microscopiche: struttura

Da un punto di vista microscopico si è visto che i solidi che fondono e che quindi passano dallo stato solido allo stato liquido presentano una struttura detta cristallina.

• Struttura cristallina: le particelle che compongono il solido cioè le molecole sono concentrate nello spazio secondo una struttura regolare e in particolare si può evidenziare una cella elementare cioè una disposizione delle molecole nel solido che si ripete in modo del tutto regolare nelle tre dimensioni fino a coprire tutta la dimensione del solido.

Queste informazioni ci sono venute fuori utilizzando delle tecniche di indagine strutturale, in particolare la diffrattometria a raggi X, con questa tecnica noi abbiamo un’interazione tra il solido e i raggi x che si è dimostrato avviene in quel modo solo se gli atomi e

le molecole hanno una disposizione spaziale che è regolare e ripetuta nello spazio, questa risposta dalla diffrattometria a raggi X. Invece, non avviene se si analizzano con la stessa tecnica quei solidi che non fondono ma invece passano dallo stato solido allo stato liquido diminuendo progressivamente la loro viscosità, cioè diventando via via più morbidi fino a diventare liquidi. Si è quindi immaginato che la spiegazione di questa mancata risposta di questi solidi alla diffrattometria ai raggi X è stata interpretata come il fatto che non ci fosse la struttura molecolare regolare che caratterizza i solidi cristallini. Questi solidi sono stati chiamati solidi amorfi, la struttura è stata chiamata struttura amorfa e in questa categoria rientrano quindi quei materiali che per le loro proprietà che hanno a livello macroscopico e microscopico abbiamo chiamato vetri. Quindi possiamo dire che da un punto di vista microscopico il vetro è.

Un solido amorfo. Ulteriore definizione di vetro: il vetro è un solido amorfo che si forma per solidificazione di un liquido. In questa definizione sono inclusi moti materiali, organici o inorganici. I vetri su cui focalizzeremo la nostra attenzione sono i materiali inorganici.

Un'interpretazione a livello microscopico delle proprietà che osserviamo a livello macroscopico venne fatta nel 1932 da William Zachariasen che pubblicò questo articolo: "Atomic arrangement in glass" che di fatto costituisce tutt'oggi l'articolo di base dell'interpretazione delle proprietà del vetro.

Zachariasen identificò quelle che sono le componenti caratteristiche del materiale vetroso identificando tre classi di elementi e cioè quelli che chiamò:

• Vetrificanti o formatori di reticolo (network formers)
• Modificatori di reticolo (network modifiers)
• Intermedi (network intermediates)

Zachariasen identificò quegli

elementi i cui ossidi una volta fusi solidificano in forma vetrosa quindi con la struttura amorfa senza bisogno di particolari condizioni di raffreddamento, abbiamo visto che tutti i liquidi possono solidificare in forma vetrosa se raffreddati con velocità sufficiente, questa velocità può essere di microsecondi e quindi sono delle condizioni che possono essere ottenute solo con una tecnologia molto avanzata, alcuni ossidi di alcuni elementi che sono vetrificanti solidificano in forma vetrosa senza particolari condizioni tecnologiche.

Questi elementi che danno gli ossidi vetrificanti hanno alcune caratteristiche legate al loro numero di coordinazione e intensità di campo che è legata al rapporto carica-raggio, in particolare sono il silicio, il boro, il fosforo, il germanio e l'arsenico, i primi due sono di fatto i materiali che più danno rilevanza nella produzione dei vetri antichi e il primo in particolare.

Poi abbiamo i modificatori di reticolo

Che hanno delle caratteristiche un po' diverse rispetto a quelle dei vetri vetrificanti e la caratteristica è che gli ossidi di questi elementi non danno origine a vetri se vengono fatti solidificare dal loro stato fuso, se vengono lasciati raffreddare senza particolari accorgimenti il loro raffreddamento genera una struttura cristallina, questi elementi possono però essere presenti in un vetro come componenti minoritarie in miscela con i componenti vetrificanti.

Questi elementi in particolare hanno appunto particolari caratteristiche legate alla carica e al raggio e sono in particolare il sodio, calcio, bario e potassio che sono gli elementi dei primi due gruppi della tavola periodica a sinistra quindi sodio e potassio che sarebbero i metalli alcalini e calcio e bario alcalino terrosi.

Ci sono poi una serie di elementi che hanno proprietà intermedie che sono principalmente l'alluminio, il litio, zinco, magnesio e piombo con una particolare rilevanza per i vetri antichi.

Sono l'alluminio, il magnesio e il piombo e gli ossidi di questi elementi se portati allo stato fuso e fatti raffreddare di per sé non danno origine a vetri ma si uniscono al reticolo vetroso se mescolati a ossidi vetrificanti e quindi hanno caratteristiche intermedie.

I vetrificanti sono tre principali:

• Biossido di silicio (silice) SiO₂. È l'unico vetrificante costituente della maggior parte dei vetri (fino al 70% di SiO₂).
• Ossido di piombo (II) (Litargirio/Massicot) PbO. Talvolta usato con la silice per rendere il vetro più morbido e brillante (fino al 40% di PbO).
• Triossido di diboro (anidride borica) B₂O₃. In Europa dal 1893 in aggiunta alla silice per produrre il vetro pyrex (7-13% di B₂O₃).

Nella silice sono riconoscibili unità strutturali tetraedriche in cui l'atomo di silicio è legato a 4 atomi di ossigeno. Le unità tetraedriche sono legate tra loro.

attraverso i vertici (non attraverso spigoli o facce) con legami che si estendono per l'intero cristallo.

SiO - forme cristalline: