divendres, 30 d’agost de 2013

Canvi de color d’un vidre de vitrall

El vidre de l'esquerra mostra un lleuger to lila i els altres no.
En una recent restauració d’un edifici modernista es va trobar un vidre que formava part de la decoració d’una finestra que, per la seva ubicació i patró decoratiu, hauria de ser incolor i no obstant, era lila. Això es podria atribuir a un error en la col•locació (estrany però no impossible), a una reparació o a una alteració del color. Un cop desmuntat el vidre en qüestió es veu que el perímetre, que estava tapat pel llistó de vidriera (cast. junquillo), no havia patit canvi de color o només molt lleugerament. La conclusió és evident: el vidre, probablement original, havia patit una modificació espontània del color.

Com? Perquè? És reversible aquesta alteració? Aquestes són les preguntes que tractarem de respondre el aquest post.

Un canvi de color en massa no es pot produir com a reacció química amb els components atmosfèrics perquè afecta a tot el gruix del vidre i aquest NO és porós. Per tant, només es pot causar per algun tipus de radiació electromagnètica de les que arriben des del sol o provocada a l’interior del vidre per algun element radioactiu (Pb210, per exemple) que emeti partícules ionitzants. Descartada l’emissió interior perquè si fos així, el vidre sota els llistonets estaria acolorit, un canvi com aquest necessita una radiació fortament energètica, no el pot produir la llum visible (la franja de l’espectre que excita la retina humana i ens permet “veure” els objectes).
La zona coberta pel llistó de vidriera resta incolora


Cal considerar, dons, les radiacions d’elevada energia que arriben de l’espai exterior: raigs UV i algun gamma que aconsegueix travessar l’atmosfera, que actua de barrera (filtre) per gran part de les radiacions solars. D’aquestes, la llum ultraviolada no sembla tenir prou energia com per provocar els canvis que han tingut lloc, la qual cosa ens limita als raigs gamma. És a dir, el vidre ha canviat de color a causa de l’impacte de radiació gamma procedent de l’espai extern a la Terra.

Aquest canvi de color es produeix per la formació del que és coneix com centres de color: aquests no són altre cosa que partícules elementals (normalment electrons) arrencats dels àtoms existents, atrapades en un espai intersticial entre els àtoms que formen la matèria, que no era originalment el seu lloc.

Una radiació electromagnètica és un camp elèctric variable (de positiu a negatiu) al llarg del temps i de l’espai: quan interacciona amb la matèria, les càrregues elèctriques tendeixen a oscil•lar seguint la freqüència de la radiació excitant. Però com que el nucli dels àtoms és molt pesant, només els electrons (que tenen molt poca massa) poden seguir la vibració induïda. Si l’ona excitant té molta energia (que està associada a una freqüència molt alta), fa vibrar intensament els electrons dels àtoms, amb preferència els més externs, menys influïts per la càrrega positiva del nucli. I si la vibració és suficient, poden “saltar” del seu orbital i quedar atrapats entre els àtoms que formen el material. Això són centres de color.

Un cop hi ha electrons en aquests espais intersticials, poden adoptar una àmplia gamma d’energies i per tant, poden absorbir fàcilment casi qualsevol freqüència de la llum visible. Això filtra la llum blanca, que perd alguns dels colors que la formen, i el material es veu de color. D’aquí el violeta que presenta el vidre, que implica l’absorció de diversos colors de la llum blanca. Aquest mateix procés dóna lloc a la varietat violeta de quars (ametista) –en aquest cas per la presència d’elements radioactius en les roques immediates-, o a la varietat de colors que presenta la fluorita (CaF2).

El fet que aquest vidre hagi virat de color i els immediats no, pot explicar-se per una lleugera variació en la seva composició. No tots els àtoms poden ser ionitzats per radiació electromagnètica i si el nostre vidre contenia una petita quantitat de ferro i els altres no, aquesta podria ser la causa del seu comportament diferencial.

És reversible aquest canvi?

Si som capaços d’induir una vibració molt forta als electrons que formen els centres de color, podrem recuperar el color original. Com que del que es tracta és d’expulsar els electrons atrapats en els centres de color, no només del lloc que ocupen, sinó del material (en aquest cas del vidre, però passaria el mateix amb una ametista), cal que la vibració induïda afecti també els àtoms perquè els electrons puguin migrar fins a la superfície: això s’aconsegueix amb calor.

Efectivament, escalfant el vidre per sota del seu punt de fusió (per exemple 350ºC), tots els seus àtoms entren en vibració al voltant de les seves posicions d’equilibri i els electrons que formen els centres de color encara més perquè són molt petits i no estan confinats (tenen molt espai per moure’s en relació a la seva mida). D’aquesta manera, els electrons que no formen part dels orbitals (els dels esmentats centres de color que no estan units a cap àtom) migren i la causa del color desapareix, recuperant el vidre el color original.


El fragment trencat i escalfat a 350ºC ha perdut el color lila
Be, l’original, allò que es diu l’original, no. Com que el vidre contenia petitíssimes quantitats de ferro (que probablement sigui l’element que ha proporcional els electrons dels centres de color), aquest s’ha oxidat en el procés, de tal forma que després de l’escalfament, el vidre adopta una lleugera coloració groga, com podeu veure a la imatge adjunta.

2 comentaris:

Anna ha dit...

http://www.glassonweb.com/articles/article/202/

Patrimoni 2.0 ha dit...

És difícil assegurar que només la radiació UV pugui produir aquests canvis. Hi ha dades d'aquests canvis de color en vidres, alguns s'han deixat exposats en altitud (>3.000 m) per incrementar la radiació exitant.
Però els UV són poc ionitzants, mentre a la superfície terrestre arriben raigs gamma que ho són bastant més...
El cert és que no hem fet cap assaig de laboratori amb una o altre radiació i el que s'exposa és mera hipòtesi per explicar una curiositat.