تاریخچه ی فلز
- آغاز استفاده از فلزات: فلز خالص و طبيعی.
- اولين آلياژ: مس و آرسنيک / 10000 ق.م
- دوره ی مفرغ / 3000 ق.م
- دوره ی نقره / 3000 ق.م
- دوره ی آهن / 1500 ق.م
فلزات باستانی را با مشخصات زیر می توان بیان کرد.
مواد و عناصر
- مس و قلع و آلياژ اين دو
- مس و روی و آلياژ اين دو
- طلا و نقره
فن ساخت: ريخته گری و چکش کاری: شیوه ی ریخته گری با انواع تک قالبی، دو قالبی، سه قالبی، موم گمشده می باشد که قالبها از خاک بوده که به مرور استفاده پخته شده و به سفال تبدیل شدند.
شيوه های نقش اندازی: کنده کاری، چکش کاری، الحاقی، مشبک کاری.
بررسی نقوش: نقوش اسطوره ای حيواناتی چون سر شير، سر مار، سر بز
هدف از بررسی فلز باستانی:
کشف تکنولوژی ساخت (فن ساخت) و مطالعه بر روی شیوه ی استخراج سنگ معدن، مراحل ذوب و تصفیه و شکل دهی و تزیین فلز.
- ازسازی فرهنگ کهن.
- دستیابی به بهترین شیوه ی مرمت با تشخیص نوع آلیاژ و لایه های خوردگی.
- تشخیص اصالت اشیاء.
- تعیین منشاء با مطالعه ی معادنی که در ساخت و تولید فلز مورد نظر مورد استفاده قرار گرفته اند.
************************************************** *************
آزمایشات فلز:
برای مطالعه و بررسی شیء فلزی نیز به دو شیوه عمل می شود:
شیمی تر: با استفاده از مواد شیمیایی و معرف ها برای آنالیز عنصری و شناخت مواد ساختاری شیء فلزی اقدام می شود. معایبی که این شیوه دارد تخریبی است و با مقدار نمونه ی زیاد و زمان طولانی آزمایشات از دقت کمی برخوردار است.
دستگاهی: با مقدار نمونه ی خیلی کم و دقت بالای دستگاهی می توان به نتایج بهتری رسید.
روشهای دستگاهی که برای فلزات بکار می رود:
آنالیز عنصری:
- دستگاهی جذب اتمی A.A
- دستگاه ICP پلاسمای جفت شده ی القایی با دقت بیشتری نسبت به جذب اتمی است. در مطالعات و تعیین منشاء و اصالت مورد استفاده قرار می گیرد.
- Pixeبا دقت بیشتر ولی هزینه ی زیاد می طلبد که فقط سازمان انرژی اتمی دارد.
- N.A نوتورون اکتیویشن
- XRF غیر تخریبی ولی با دقت کم (نیمه کمی)
متالوگرافی:
در بررسی آثار فلزی عمدتا» استفاده می شود. با تهیه ی نمونه ای از فلز، آن را مانت کرده و زیر میکروسکوپ پلاریزا (قطبی شده) قرار می دهند. در این روش به شیوه ی ساخت، لایه های خوردگی و ساختار فلز می توان رسید. این شیوه تخریب است چون باید از نمونه به مقدار لازم جدا شود.
رادیوگرافی:
روش غیر تخریبی است. نمونه در مقابل پرتوهای مختلف (آلفا، بتا، لاندا) قرار می گیرد که بر اساس ضخامت، دانسیته و عدد اتمی عناصر مقداری از این پرتو جذب می شود و مقداری عبور می کند. پس مواد در جذب و عبور پرتوها رفتار متفاوتی دارند.
در فلزات شیوه ی ساخت (چکش خواری، ریخته گری)، روش های تزیین و نقوش زیر لایه های خوردگی و میزان مغز فلزی با این روش مشخص می شود.
طیف سنجی جرمی: در تعیین منشاء و اصالت علاوه بر ICP از این روش هم استفاده می شود.
آثار فلزی در شرایط نامناسب محیطی دچار خوردگی می شود. فلز به صورت طبیعی تمایل دارد که به حالت اولیه ی خود برگردد پس حالت پایدار فلز به صورت نمک است که همان خوردگی نام می گیرد. لایه های خوردگی دارای یک توالی و ترتیب هستند که در بحث تعیین اصالت و اصل و بدل بودن یک شیء جای مطالعه دارد. در آثار مفرغی اولین لایه ی ایجاد شده در سطح شیء لایه ی اکسید است و بعد کربناته، کلرور یا سولفاته هستند که بعد از اکسیژن قرار می گیرند ولی وقتی پاتین به صورت مصنوعی کشیده شود خوردگی ها لایه های کربناته می باشد که بدل بودن کار را نشان می دهد.
بسیاری از خوردگی ها، لایه های محافظ هستند و باید حفظ شود و گاهی هم به علت شدت خوردگیها، مغز فلزی از بین می رود که آن هم باید حفظ شود تا خود اثر از بین نرود. گاهی هم نقوش، دچار آسیب شده که احتمال اینکه با برداشتن لایه های خوردگی به نقوش آسیب برسد که باید آن هم برای حفظ ارزش نقوش حفظ شود.
با تشخیص لایه ی محافظ و خوردگی فعال، می توان نحوه ی برخورد حفاظتی و مرمتی متفاوتی را در رابطه با آن تعریف کرد.
عناصر و خوردگیهای آنها
نوع فلز -------- / نوع خوردگی و رنگ آن
- نقره خالص / سولفور نقره = سیاه رنگ * کلرور نقره = خاکستری رنگ (پایدار)
- آلیاژ نقره (معمولا با مس)/ اکسید مس (کوپریت) = قرمز ارغوانی * مالاکیت = سبز رنگ * کربنات مس = سبز رنگ
- «مس در نقره»/ اکسید مس = لایه ی کدر و تیره ای رنگ (محافظ) * سولفور مس = سیاه رنگ و تیره
- «قلع در نقره »/ اکسید قلع 2 ظرفیتی: خاکستری رنگ * اکسید قلع 4 ظرفیتی: سفید رنگ
- «سرب در نقره»/ کربنات سرب = سفید رنگ
- مس/ اکسید مس (در شرایط مهیا به آزوریت و مالاکیت تبدیل می شود.)
- مس/ در خاک حاوی کلرور تشکیل کلرور مس (ناپایدار)
- مس/ بیماری برنز (تبدیل کلرور مس 1 ظرفیتی به 2 ظرفیتی) = سبز رنگ
- سرب/ اکسید سرب (در هوای پاک ایجاد می شود) = خاکستری کدر (محافظ)
- سرب/ کربنات سرب = سفید رنگ (فعال)
- قلع/ اکسید قلع 2 ظرفیتی خاکستری در مجاورت نمکها به 4 ظرفیتی (سفید) تبدیل می شود. در قلع از مرحله ی زبر و خاکستری، امکان مرمت نیست.
- آهن/ اکسید آهن = قهوه ای مایل به قرمز
- آهن/ در مجاورت کلرور سدیم به کلرور آهن تبدیل می شود. (فعال)
- آهن/ در مجاورت خاک سولفاته، سولفات تبدیل به سولفور و بعد با آهن تشکیل سولفور آهن می دهد= پوسته ی سیاه رنگ
* برای تشخیص خوردگی ها از آزمایش آنیونها استفاده می شود.
***********************
نمونه ی فلز مورد آزمایش:
نکاتی قابل توجه در ابتدای آزمایش آنیونها و کاتیونها:
- پوآر: وسیله ای که با قرار دادن آن بر سر پیپت، مایع را از ظرفی به ظرف دیگر منتقل می کند.
- شستشوی ظروف با آب مقطر قبل از آزمایش
- هیتر – هات پلت: Hotplat برای گرما دادن به محلول
- مگنت: برای محلول هایی که بخواهیم همزمان عمل همز زدن و گرما انجام دهیم مورد استفاده قرار می گیرد.
- دستگاه سانتریفوژ : برای جداسازی محلول از رسوب می باشد.
- تهیه ی اسید نیتریک 8 مولار = افزودن 50 سی سی اسید به 50 سی سی آب
- تمام آزمایشات به علت سر و کار داشتن با اسید باید زیر هود انجام گیرد.
- پاک کردن فلز از محصولات خوردگی
*تمام فلزات باستانی به جز قلع در اسید نیتریک حل می شوند.
مراحل آزمایش آنیونها و کاتیونها:
قرار دادن نمونه در بشر و اضافه کردن 2 سی سی اسید 8 مولار به آن که در نتیجه نمونه حل می شود. با حل شدن مس، رنگ محلول سبز آبی می شود و یا اگر رنگ محلول زرد شد می توان به اینکه آهن دارد نتیجه گرفت. محلول را در چند لوله ی آزمایش ریخته و نمونه را آزمایش می کنیم.
تست نقره و سرب: با افزودن اسید کلریدریک رقیق رسوب سفید می دهد که معلوم می شود هر دو عنصر را دارد حال برای تشخیص دقیق تر، محلول بالاییِ لوله آزمایش را خالی کرده تا رسوب باقی بماند و به رسوب باقی مانده مقداری آب مقطر اضافه می کنیم اگر باز هم رسوب سفید ماند نمونه نقره دارد. کلرید سرب در آب گرم حل می شود ولی کلرید نقره حل نمی شود و رسوب می دهد. همچنین از رنگ شیء (نقره ای) نیز می توان به نقره داشتن اثر یقین کرد. همچنین اگر محلول شفاف باشد قلع ندارد و اگر کدر باشد قلع دارد.
صاف کردن قلع >>>> تشکیل محلول شفاف >>>> افزودن اسید کلریدریک >>>> با وجود رسوب، نقره و سرب دارد.
تشخیص مس: با افزودن فروسیانید پتاسیم به محلول شفاف در لوله ی آزمایش رنگ رسوب، قرمز لخته ای آجری می شود.
در نمونه ی مورد آزمایش، سطح مقطع نقره ای بود و چون میزان قلع بالا می رود ( حدود 23 یا 24 درصد ) پس برنز سفید است.
خلاصه: برای شناسایی معرف ها، محلول صاف شده را به همراه مقداری اسید کلریدریک آزمایش می کنیم. با توجه به رسوبی که می دهد تشخیص می دهیم ساختار شیء چیست؛ اما اگر رسوب ندهد یعنی نه نقره دارد نه سرب.
تست خوردگی:
در آزمایش خوردگی باید کربناتها، نیتراتها، سولفاتها، سولفیدها و کلرورها مورد آزمایش قرار گیرد.
AgNo3 + Cl => AgCl + No3
از هر خوردگی باید به صورت جداگانه نمونه برداری شود. که برای تست سولفید تهیه ی نمونه خشک کافی است و برای بقیه ی آزمایشات آنیون ها باید نمونه محلول باشد. که برای محلول درآوردن آن از کربنات سدیم (برای تسریع انحلال) استفاده می کنند بدین صورت که کربنات سدیم را در بشری ریخته و چند سی سی آب می ریزیم تا بجوشد و نمونه حل شود اگر حل نشد دوباره به آن کربنات سدیم اضافه می کنیم تا حل و آماده ی تست کردن گردد.
برای تشخیص سنگ آهکی اگر اسید رقیق بزنیم کربناتها سریع به جوش می آیند.
تست سولفید: سولفید وقتی با اسید رقیق (اسید کلریدریک 2 مولار) حل می شود H2S تولید می کند و H2S مثل تخم مرغ گندیده بوی بدی دارد که کاملا مشخص است.
کاغذ آغشته به استات سرب را روی آن بگیریم رسوب سیاه سولفید سرب ایجاد می کند.
مراحل آزمایش بر روی نمونه ی محلول:
- با بیستوری مقداری محصولات خوردگی را تراشیده و درون شیشه ساعت می ریزیم.
- روی نمونه به اندازه ی خود خوردگی، پودر کربنات سدیم می ریزیم بعد 5 سی سی آب مقطر اضافه می کنیم و روی هیتر می گذاریم.
- حرارت نباید زیاد باشد که جوش بخورید.
- هر آزمایش آنیونی شیوه ی انحلالش با کربنات سدیم به همین روش است.
- محلول حاصل را در چند لوله ی آزمایش تقسیم می کنیم.
- در حل کردن خوردگیها، مقداری از خود فلز هم که حل نمی شود ته ظرف رسوب می کند که باید محلول را از صافی عبور داد و سپس تست زد.
نمونه های مورد آزمایش:
نمونه ی شماره ی یک: تست سولفید و کربنات نمونه منفی بود.
در لوله ی آزمایش مقداری اسید نیتریک 8 مولار اضافه می کنیم محلول به جوش می آید که نشان دهنده ی قلیا در محلول است. برای ایجاد محیط اسیدی، مقداری بیشتر از اسید به آن اضافه می کنیم. بعد از آن نیترات نقره افزوده که اگر رسوب سفید Agcl ایجاد شود که در این آزمایش رسوب تشکیل نشد که نتیجه می گیریم کلر ندارد.
نمونه ی شماره ی دو: در تست خشک مشخص شد که نه کربنات دارد و نه سولفات.
به محلول مقداری اسید کلریدریک اضافه می کنیم تا محیط اسیدی شود. بعد روی آن کلرور باریم اضافه می کنیم دوباره کمی از محلول را در لوله ی آزمایش می ریزیم اگر سولفات داشته باشد رسوب سفید سولفات باریم می بینیم که در این آزمایش رسوب تشکیل نشد بنابراین فاقد سولفات So4 بود و خوردگی محصول اکسید شدن بود.
در لوله ی جداگانه مقداری از محلول را می ریزیم برای تست کلرید. برای این تست مقداری اسید نیتریک بعلاوه نیترات نقره روی محلول می ریزیم که با کدر شدن محلول نتیجه می گیریم کلرید دارد.
در لوله دیگر اسید کلریدریک اضافه می کنیم تا جایی که نجوشد بعد کلرید باریم اضافه می کنیم ولی واکنشی نمی دهد.
تست آهن: نمونه فلز در بشر + اسید نیتریک 8 مولار >>>> حرارت >>>> تا اینکه حل شود. >>>> یک قطره فروسیانید پتاسیم که آبی پروس می دهد و یا تیوسیانات آمونیوم که قرمز است. اگر رسوب آبی پروس باشد آهن است که در این آزمایش نتیجه مثبت بود.
اگر نمونه نقره و سرب داشته باشد بعد از حل اسید کلریدریک افزوده شده، نقره و سرب ( به صورت کلرور نقره و کلرور سرب ) هر دو رسوب می کند.
برای جداسازی نقره و سرب، روی رسوب آب مقطر اضافه کردهو حرارت می دهیم که سرب حل می شود و نقره به صورت رسوب باقی می ماند. بعد محلول روی آن را برمی داریم و تست را انجام می دهیم و بوسیله ی یدید پتاسیم اگر رسوب داشته باشد رسوب زرد رنگ می شود. اگر رسوب در آب جوش حل شود کلرور سرب است.
*توجه *
- فسفات بیشتر در بقایای انسانی (استخوانها ) آلودگی وارد می شود یا در سفالهای محل تدفین.
- خاک به طور طبیعی، کلرورها و سولفاتها را دارد.
- نیترات در کودهای کشاورزی یافت می شود.
منبع: http://www.njavan.com
میراث به جای مانده از نیاکان ما گنجینه بشری محسوب می شوند. موضوع حفظ و نگهداری یک اثر تاریخی، با توجه به شرایط خاص آن، به مراتب مشکل تر از ایجاد و خلق آن اثر است. لذا درک مضامین حفاظت و نگهداری کمک شایانی در ماندگاری آثار فرهنگی خواهد داشت. در این پایگاه برآنیم تا علاوه بر مباحث علمی و آموزشی، فعالیت هایی که در آزمایشگاه مرمت استان خراسان جنوبی اتفاق می افتد را جهت اطلاع رسانی ارایه نماییم.