Λύσεις — Κεφάλαιο 2: Συντήρηση μετάλλων (σελ. 77-158) – ΣΥΝΤΗΡΗΣΗ ΕΡΓΩΝ ΤΕΧΝΗΣ Γ΄ ΕΠΑΛ

Λύσεις — Κεφάλαιο 2: Συντήρηση μετάλλων

Αποσπάσματα-εκφωνήσεις από το κεφάλαιο 2 (σελ. 77-158) του βιβλίου «Συντήρηση Έργων Τέχνης» (Τεύχος Α) Γ΄ ΕΠΑΛ.

Γιατί το κεφάλαιο επικεντρώνεται στο σίδηρο και τον χαλκό

Ερώτηση: Τα μέταλλα που θεωρούνται πιο σημαντικά είναι ο σίδηρος και ο χαλκός. Γιατί το κεφάλαιο αυτό επικεντρώνεται σε αυτά τα δύο μέταλλα και όχι στα υπόλοιπα;

Απάντηση:

• Γιατί επιλέγονται σίδηρος και χαλκός. «Σ' αυτό το κεφάλαιο, το οποίο αναφέρεται στη συντήρηση μεταλλικών αντικειμένων, θα μας απασχολήσουν αυτά τα δύο μέταλλα, διότι τα περισσότερα αντικείμενα έχουν κατασκευαστεί από σίδηρο και από χαλκό.»
• Ο ρόλος των υπόλοιπων μετάλλων. «τα άλλα μέταλλα όπως ο μόλυβδος, ο άργυρος και ο χρυσός είχαν μικρότερη εφαρμογή στην κατασκευή αντικειμένων και χρησιμοποιήθηκαν κυρίως ως υλικά διακόσμησης (άργυρος, χρυσός) ή για την ενίσχυση των ιδιοτήτων των κραμάτων χαλκού (μόλυβδος).»
• Η ευπάθειά τους ως πρόσθετος λόγος. «Τα μέταλλα του σιδήρου και του χαλκού χαρακτηρίζονται ως ευπαθή, δηλαδή διαβρώνονται πιο εύκολα σε σχέση με τα ευγενή (χρυσός, άργυρος)» — άρα χρειάζονται περισσότερο τη μελέτη και τη συντήρηση.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Το κεφάλαιο επικεντρώνεται στο σίδηρο και τον χαλκό γιατί «τα περισσότερα αντικείμενα έχουν κατασκευαστεί από σίδηρο και από χαλκό», ενώ τα υπόλοιπα μέταλλα (μόλυβδος, άργυρος, χρυσός) είχαν μικρότερη εφαρμογή, χρησιμοποιούμενα κυρίως ως διακοσμητικά υλικά ή ως ενισχυτικά κραμάτων. Επιπλέον, σίδηρος και χαλκός είναι «ευπαθή» μέταλλα — διαβρώνονται πιο εύκολα από τα ευγενή (χρυσός, άργυρος) — γεγονός που τα καθιστά ιδιαίτερα σημαντικά αντικείμενο μελέτης φθοράς και συντήρησης.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Δύο λόγοι: ποσοτικός (τα περισσότερα αντικείμενα είναι από αυτά τα δύο μέταλλα) και ποιοτικός (είναι ευπαθή, άρα χρειάζονται συντήρηση).
• Αντιπαραβάλετε με τα ευγενή μέταλλα (χρυσός/άργυρος), που δεν διαβρώνονται εύκολα και άρα δεν απαιτούν την ίδια προσοχή.

Οι χημικές ιδιότητες των μετάλλων και τα ευγενή μέταλλα

Ερώτηση: Οι κύριες χημικές ιδιότητες των μετάλλων σχετίζονται άμεσα με το γεγονός ότι τα στοιχεία αυτά ελευθερώνουν ηλεκτρόνια. Ποια μέταλλα αποτελούν εξαίρεση και γιατί ονομάζονται «ευγενή»;

Απάντηση:

• Ο γενικός κανόνας. «Οι κύριες χημικές ιδιότητες των μετάλλων σχετίζονται άμεσα με το γεγονός ότι τα στοιχεία αυτά ελευθερώνουν ηλεκτρόνια … Με το οξυγόνο … σχηματίζονται τα οξείδια … τα μέταλλα αντιδρούν με τα οξέα … σχηματίζονται μεταλλικά άλατα.»
• Η εξαίρεση: τα ευγενή μέταλλα. «Ο χρυσός και ο άργυρος έχουν την ιδιότητα αυτή σε μικρό βαθμό και γι' αυτό ονομάζονται ευγενή μέταλλα και δεν προσβάλλονται εύκολα από τα οξέα.»

Σύνοψη: (ενδεικτική) Οι κύριες χημικές ιδιότητες των μετάλλων σχετίζονται με την τάση τους να ελευθερώνουν ηλεκτρόνια, σχηματίζοντας οξείδια με το οξυγόνο και άλατα με τα οξέα. Ο χρυσός και ο άργυρος αποτελούν εξαίρεση, αφού ελευθερώνουν ηλεκτρόνια σε πολύ μικρό βαθμό — γι' αυτό ονομάζονται «ευγενή μέταλλα» και δεν προσβάλλονται εύκολα από τα οξέα.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Η «ευγένεια» ενός μετάλλου ορίζεται χημικά: μικρή τάση ελευθέρωσης ηλεκτρονίων → αντίσταση στην οξείδωση/διάβρωση.
• Αντιπαραβάλετε ευγενή (Au, Ag) με ευπαθή (Fe, Cu) μέταλλα — ίδιος μηχανισμός, αντίθετο αποτέλεσμα.

Η πατίνα ως προστατευτικό στρώμα διάβρωσης

Ερώτηση: Όταν ένα μέταλλο είναι γυαλισμένο, με λαμπερή επιφάνεια, και το αφήσουμε εκτεθειμένο σε ένα ξηρό περιβάλλον (απουσία υγρασίας), γίνεται θαμπό και μαυρίζει. Πώς ονομάζεται το προστατευτικό στρώμα που σχηματίζεται;

Απάντηση:

• Ο μηχανισμός σχηματισμού. «το οξυγόνο και οι ρύποι της ατμόσφαιρας, όπως το υδρόθειο, επιδρούν στην επιφάνεια του μετάλλου»: μέταλλο + οξυγόνο → οξείδια του μετάλλου· μέταλλο + υδρόθειο → θειούχες ενώσεις μετάλλου.
• Ο ορισμός της πατίνας. «Το επιφανειακό στρώμα διάβρωσης, το οποίο δρα προστατευτικά εμποδίζοντας την περαιτέρω διάβρωση του μετάλλου, ονομάζεται πατίνα.»
• Πότε ΔΕΝ λειτουργεί προστατευτικά. «Ορισμένα … στρώματα προϊόντων διάβρωσης δεν μπορούν να μιμηθούν την κρυσταλλική δομή του μετάλλου, δεν προσκολλώνται καλά επάνω σ' αυτό και δεν μπορούν να εμποδίσουν τη διάβρωσή του. Τέτοιες αντιδράσεις λαμβάνουν χώρα σε περιβάλλον με υψηλό ποσοστό υγρασίας.»

Σύνοψη: (ενδεικτική) Το επιφανειακό στρώμα οξειδίων/θειούχων ενώσεων που σχηματίζεται όταν το οξυγόνο και το υδρόθειο της ατμόσφαιρας επιδρούν στο γυαλισμένο μέταλλο ονομάζεται πατίνα, και δρα προστατευτικά εμποδίζοντας την περαιτέρω διάβρωση, επειδή έχει παρόμοια κρυσταλλική δομή με το ίδιο το μέταλλο και προσκολλάται καλά πάνω του. Ωστόσο, αυτή η προστατευτική λειτουργία δεν είναι δεδομένη: σε περιβάλλον με υψηλό ποσοστό υγρασίας μπορεί να σχηματιστούν στρώματα διάβρωσης που δεν μιμούνται την κρυσταλλική δομή του μετάλλου, δεν προσκολλώνται καλά και άρα δεν εμποδίζουν τη διάβρωση.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Η πατίνα λειτουργεί προστατευτικά μόνο υπό όρους — παρόμοια κρυσταλλική δομή + καλή πρόσφυση.
• Η υγρασία είναι ο παράγοντας που ανατρέπει την προστατευτική λειτουργία.

Ολική διάβρωση και προστασία μέσω διάβρωσης

Ερώτηση: Σ' αυτή την περίπτωση μπορεί το μέταλλο είτε να διαβρωθεί ολικά είτε να προστατευτεί. Πώς εξηγούνται αυτές οι δύο δυνατές εξελίξεις;

Απάντηση:

• Πότε το αντικείμενο «προστατεύεται». «Τέτοια στερεά προϊόντα, ιδιαίτερα τα ανθρακικά, σχηματίζονται σε αλκαλικά εδάφη μαζί με λεπτό στρώμα οξειδίου και συντελούν στην παρεμπόδιση της περαιτέρω διάβρωσης του μετάλλου … διατηρείται το κύριο μέρος (μεταλλικός πυρήνας) του μεταλλικού αντικειμένου. Έχουμε, δηλαδή, μέσω της διάβρωσης μια ‘προστασία’ του αντικειμένου.»
• Πότε συμβαίνει η «ολική διάβρωση». «Σε περιβάλλον με έντονη παρουσία οξέων, αλκαλίων ή αλάτων τα κατιόντα του μετάλλου σχηματίζουν ευδιάλυτες ενώσεις, οι οποίες μεταφέρονται μακριά από το μέταλλο, γεγονός που οδηγεί σε ‘ολική διάβρωσή’ του … χάνεται το σχήμα του και παραμένει μόνο ένα ίχνος του στο έδαφος.»

Σύνοψη: (ενδεικτική) Ένα μεταλλικό αντικείμενο μέσα στο έδαφος «προστατεύεται» όταν, σε αλκαλικό περιβάλλον, σχηματίζονται στερεά προϊόντα διάβρωσης (κυρίως ανθρακικά) που προσκολλώνται στην επιφάνειά του μαζί με λεπτό στρώμα οξειδίου, εμποδίζοντας την περαιτέρω διάβρωση — έτσι διατηρείται ο μεταλλικός πυρήνας. Αντίθετα, «ολική διάβρωση» συμβαίνει σε περιβάλλον με έντονη παρουσία οξέων, αλκαλίων ή αλάτων, όπου τα κατιόντα του μετάλλου σχηματίζουν ευδιάλυτες ενώσεις που απομακρύνονται μακριά, με αποτέλεσμα το αντικείμενο να χάνει εντελώς το σχήμα του και να παραμένει μόνο ένα ίχνος του στο έδαφος.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Δύο αντίθετα σενάρια ίδιου μηχανισμού: στερεά, αδιάλυτα προϊόντα → προστασία· ευδιάλυτα προϊόντα → ολική διάβρωση.
• Το κρίσιμο κριτήριο είναι η διαλυτότητα των προϊόντων διάβρωσης στο περιβάλλον (αλκαλικό vs. όξινο/αλατούχο).

Η κατάταξη των μετάλλων με βάση την ευπάθεια στη διάβρωση

Ερώτηση: Ακολουθεί κατάταξη των μετάλλων με αύξουσα κλίμακα ευπάθειας. Ποια μέταλλα ανήκουν στα ευπαθή και ποια στα ευγενή;

Απάντηση:

• Η κατάταξη, αυτούσια. «Ακολουθεί κατάταξη των μετάλλων με αύξουσα κλίμακα ευπάθειας: 1) Ευπαθή μέταλλα: Ζn, σφυρήλατος Fe, χυτός Fe, Pewter (Sn/Pb) (50:50), Pb, Sn, Brass, Cu, Bronze, 2) Ευγενή μέταλλα: Ag, Au.»
• Τι σημαίνει «ευπαθές» στο πλαίσιο αυτό. «Τα μέταλλα που χάνουν πιο εύκολα ηλεκτρόνια ονομάζονται ευπαθή, και μπορούμε να θεωρήσουμε ότι αυτά τα μέταλλα διαβρώνονται πιο εύκολα από εκείνα που χάνουν λιγότερα ηλεκτρόνια, τα ευγενή ή μη διαβρωτικά μέταλλα.»
• Η πρακτική συνέπεια σε επαφή μετάλλων. «Όταν δύο ανόμοια μέταλλα … είναι σε επαφή, όπως π.χ. ο χαλκός και ο σίδηρος, το ‘ευγενές’ μέταλλο, στην περίπτωση αυτή ο χαλκός, θα διαβρωθεί λιγότερο απ' ό,τι συνήθως, δρώντας ως κάθοδος.»

Σύνοψη: (ενδεικτική) Η κατάταξη με αύξουσα κλίμακα ευπάθειας περιλαμβάνει στα ευπαθή μέταλλα τον ψευδάργυρο, τον σφυρήλατο και τον χυτό σίδηρο, το Pewter (κράμα κασσίτερου-μολύβδου 50:50), τον μόλυβδο, τον κασσίτερο, το ορείχαλκο, τον χαλκό και τον μπρούντζο, ενώ στα ευγενή μέταλλα τον άργυρο και τον χρυσό. Ευπαθή είναι τα μέταλλα που χάνουν πιο εύκολα ηλεκτρόνια και άρα διαβρώνονται πιο εύκολα, ενώ τα ευγενή χάνουν λιγότερα ηλεκτρόνια. Πρακτική συνέπεια: όταν δύο ανόμοια μέταλλα, όπως χαλκός και σίδηρος, βρίσκονται σε επαφή, το πιο ευγενές (ο χαλκός) διαβρώνεται λιγότερο απ' ό,τι συνήθως, δρώντας ως κάθοδος, ενώ το πιο ευπαθές (ο σίδηρος) επιβαρύνεται περισσότερο.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Η κλίμακα είναι αύξουσα ευπάθεια: πιο ευπαθή → λιγότερο ευπαθή → ευγενή (Ag, Au στο τέλος).
• Θυμηθείτε το παράδειγμα χαλκός-σίδηρος: ο πιο ευγενής (χαλκός) «προστατεύεται» σε βάρος του πιο ευπαθούς (σίδηρος).

Τα πλεονεκτήματα του μηχανικού καθαρισμού μεταλλικών αντικειμένων

Ερώτηση: Ο μηχανικός τρόπος καθαρισμού είναι χρονοβόρος και επίπονος αλλά αποτελεσματικός. Για ποιους λόγους;

Απάντηση:

• Οι τέσσερις λόγοι, αυτούσια. «1. Επιτρέπει την αποκάλυψη σημαντικών πληροφοριών, οι οποίες σώζονται ανάμεσα στα προϊόντα διάβρωσης (π.χ. ίχνη οργανικών υλικών και παρουσία στοιχείων επιμετάλλωσης). 2. Μπορεί να αποκαλύψει την αρχική επιφάνεια του αντικειμένου … 3. Με το μηχανικό καθαρισμό δεν εισέρχονται στο σιδερένιο αντικείμενο χημικές ουσίες, οι οποίες δύσκολα απομακρύνονται πλήρως. 4. Είναι ελεγχόμενη διαδικασία και επιτρέπει στο συντηρητή να ορίζει το ρυθμό και το βαθμό επέμβασης στο αντικείμενο.»

Σύνοψη: (ενδεικτική) Ο μηχανικός καθαρισμός θεωρείται αποτελεσματικός για τέσσερις λόγους: πρώτον, επιτρέπει την αποκάλυψη σημαντικών πληροφοριών που σώζονται ανάμεσα στα προϊόντα διάβρωσης, όπως ίχνη οργανικών υλικών ή στοιχεία επιμετάλλωσης· δεύτερον, μπορεί να αποκαλύψει την αρχική επιφάνεια του αντικειμένου· τρίτον, δεν εισάγει χημικές ουσίες που είναι δύσκολο να απομακρυνθούν πλήρως· και τέταρτον, είναι ελεγχόμενη διαδικασία, που επιτρέπει στον συντηρητή να καθορίζει ο ίδιος τον ρυθμό και τον βαθμό της επέμβασης.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Τέσσερα πλεονεκτήματα: πληροφορίες, αρχική επιφάνεια, καμία χημική επιμόλυνση, έλεγχος διαδικασίας.
• Συγκρίνετε νοερά με τον χημικό καθαρισμό (επόμενη λύση) — τα πλεονεκτήματα εδώ αντιστοιχούν στα μειονεκτήματα εκεί.

Γιατί ο χημικός καθαρισμός δεν δίνει πάντα ικανοποιητικά αποτελέσματα

Ερώτηση: Αυτή η μέθοδος, όμως, στις περισσότερες περιπτώσεις δε δίνει ικανοποιητικά αποτελέσματα. Για ποιους λόγους;

Απάντηση:

• Απώλεια πληροφοριών. «Κατά την απομάκρυνση των προϊόντων διάβρωσης παρασύρονται μαζί με αυτά και άλλα στοιχεία, από τα οποία θα αντλούσαμε σημαντικές πληροφορίες, όπως π.χ. σχετικά με την ύπαρξη οργανικών υλικών, επιμετάλλωσης, αρχαίων βερνικιών, φθαρμένων σμάλτων, ένθετων μετάλλων.»
• Μη αποκάλυψη της αρχικής επιφάνειας. «Η απομάκρυνση των προϊόντων διάβρωσης - απογύμνωση δεν αποκαλύπτει την αρχική επιφάνεια του αντικειμένου, εκτός από τις σπάνιες περιπτώσεις στις οποίες αυτή διατηρείται.»
• Κίνδυνος νέας διάβρωσης και υπολειμμάτων. «Κάθε μεταλλική επιφάνεια που αποκαλύπτεται εκτίθεται ξανά στο σχηματισμό νέων προϊόντων διάβρωσης … υπάρχει ο κίνδυνος παραμονής στο αντικείμενο χημικών υπολειμμάτων, τα οποία οδηγούν σε αύξηση της διάβρωσης στο μέλλον.»

Σύνοψη: (ενδεικτική) Ο χημικός καθαρισμός δεν δίνει πάντα ικανοποιητικά αποτελέσματα για πέντε λόγους: πρώτον, παρασύρει μαζί με τα προϊόντα διάβρωσης και άλλα σημαντικά στοιχεία, χάνοντας πληροφορίες για οργανικά υλικά, επιμετάλλωση, βερνίκια ή σμάλτα· δεύτερον, δεν αποκαλύπτει συνήθως την αρχική επιφάνεια του αντικειμένου· τρίτον, εκθέτει τη νέα μεταλλική επιφάνεια σε νέο σχηματισμό διάβρωσης, με κίνδυνο απώλειας μετάλλου· τέταρτον, διαλυμένες ενώσεις μπορεί να επικαθίσουν ξανά στην επιφάνεια δύσκολα απομακρύνσιμες· και πέμπτον, υπάρχει κίνδυνος να παραμείνουν χημικά υπολείμματα που αυξάνουν τη διάβρωση στο μέλλον. Γι' αυτούς τους λόγους δεν συνιστάται για έντονα διαβρωμένα σιδερένια και χάλκινα αντικείμενα.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Πέντε λόγοι — απομνημονεύστε τους ως: απώλεια πληροφορίας, καμία αρχική επιφάνεια, νέα διάβρωση, επανεπικάθιση, χημικά υπολείμματα.
• Η κατάληξη («δεν συνιστάται για έντονα διαβρωμένα σιδερένια/χάλκινα») είναι η πρακτική σύνοψη του συμπεράσματος.

Οι ιδιότητες των επικαλυπτικών προστατευτικών υλικών

Ερώτηση: Το τελευταίο στάδιο συντήρησης ενός μεταλλικού αντικειμένου είναι η κάλυψή του με προστατευτικό υλικό. Ποιες ιδιότητες πρέπει να έχει αυτό το υλικό;

Απάντηση:

• Οι δύο βασικές απαιτήσεις. «α. Να απομονώνουν το αντικείμενο από φυσικούς και χημικούς παράγοντες που συντελούν στη φθορά του … β. Να είναι αντιστρέψιμα, δηλαδή να υπάρχει η δυνατότητα απομάκρυνσής τους από το αντικείμενο.»
• Οι έξι αναλυτικές ιδιότητες. «1. Να έχουν ομοιόμορφο πάχος σε όλη την έκτασή τους. 2. Να μην αλλοιώνονται με το πέρασμα του χρόνου. 3. Να έχουν καλή συνοχή με την επιφάνεια του αντικειμένου. 4. Να είναι αντιστρέψιμα. 5. Να έχουν μικρή διαπερατότητα στους διαβρωτικούς παράγοντες. 6. Να μην αλλοιώνουν την εμφάνιση του αντικειμένου (να είναι άχρωμα, διαφανή).»
• Οι τρόποι εφαρμογής. «Ο τρόπος εφαρμογής των προστατευτικών υλικών μπορεί να γίνει: α. με πινέλο, β. με ψεκασμό και γ. με εμβάπτιση.»

Σύνοψη: (ενδεικτική) Τα επικαλυπτικά προστατευτικά υλικά πρέπει, κατ' αρχήν, να απομονώνουν το αντικείμενο από φυσικούς και χημικούς παράγοντες φθοράς και να είναι αντιστρέψιμα, δηλαδή να μπορούν να αφαιρεθούν. Αναλυτικότερα, πρέπει να έχουν ομοιόμορφο πάχος σε όλη την επιφάνεια, να μην αλλοιώνονται με τον χρόνο, να έχουν καλή συνοχή με την επιφάνεια του αντικειμένου, να είναι αντιστρέψιμα, να έχουν μικρή διαπερατότητα στους διαβρωτικούς παράγοντες, και να μην αλλοιώνουν την εμφάνιση του αντικειμένου, δηλαδή να είναι άχρωμα και διαφανή. Η εφαρμογή τους γίνεται με πινέλο, με ψεκασμό ή με εμβάπτιση.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Δύο γενικές απαιτήσεις (απομόνωση από φθορά, αντιστρεψιμότητα) αναλύονται σε έξι συγκεκριμένες ιδιότητες.
• Η αντιστρεψιμότητα εμφανίζεται και στις δύο λίστες — είναι το πιο επαναλαμβανόμενο κριτήριο σε όλο το βιβλίο.